Вибрация относится к факторам, обладающим высокой биологической активностью. При длительном воздействии она вызывает хроническое профессиональное заболевание — вибрационную болезнь. Вибрационная болезнь включена в список профессиональных заболеваний. Она стойко лидирует, занимая с 1993 г. второе место в структуре профессиональных заболеваний железнодорожников, уступив первое место заболеваниям органов дыхания. Вибрационная болезнь от воздействия вибрации и толчков регистрируется у водителей и операторов транспортно-технологических машин и агрегатов. При этом заболевании возникают боли в пояснице, конечностях, в области желудка; она проявляется в виде отсутствия аппетита, бессонницы, раздражительности, быстрой утомляемости. Вибрационная болезнь выражается общими расстройствами с нарушениями опорно-двигательного аппарата (мышцы, связки, кости и суставы), а также сосудистого тонуса и болевой, температурной и вибрационной чувствительности.
Действие вибрации зависит от продолжительности воздействия, места приложения и направления оси вибрационного воздействия, демпфирующих
свойств тканей организма человека, частоты и амплитуды колебаний, от явлений резонанса и других условий (подробнее см. ниже).
Действие вибрации в зависимости от продолжительности воздействия
(по временной характеристике) подразделяют на постоянную вибрацию, для
которой контролируемый параметр за время наблюдения изменяется не более
чем в 2 раза (на 6 дБ), и непостоянную вибрацию, для которой указанные па-раметры за время наблюдения изменяются более чем в 2 раза.
Действие вибрации в зависимости от места приложения(от типа контакта работника с вибрирующим оборудованием) подразделяют на общую вибрацию и локальную.
Общая вибрация(вибрация рабочих мест) через опорные поверхности пере-дается на тело сидящего или стоящего человека и воздействует на весь организм. Так вибрация локомотива передается на тело машиниста, в основном, че-рез сидение кресла. В области низких частот интенсивность колебаний кресла машиниста превышает значения ПДУ в 1,5…2 раза. На объектах железнодорожного транспорта общая вибрация имеет место там, где применяются вибраторы для зачистки полувагонов от слежавшихся и смерзшихся грузов, на виброплощадках, на всех транспортных средствах (от дизелей тепловозов до строительных и путевых машин), в литейных и кузнечно-прессовых цехах ремонтных предприятий. При действии на организм общей вибрации в первую очередь страдает опорно-двигательный аппарат, нервная система и такие анализаторы, как вестибулярный, зрительный, тактильный. У рабочих, профессия которых связана с вибрацией, отмечаются головокружения, расстройства координации движений, симптомы укачивания. Под влиянием общей вибрации
отмечается снижение болевой, тактильной и вибрационной чувствительности. Особенно опасна толчкообразная вибрация, вызывающая макротравматизацию различных тканей с последующим их изменением. Общая низкочастотная вибрация оказывает влияние на обменные процессы в организме, проявляющиеся изменением углеводного, белкового, ферментного, витаминного и холестеринового обмена, а также биохимических показателей состава крови. Воздействие общей вибрации в резонансной зоне весьма опасно, так как оно может стать причиной механических повреждений внутренних органов человека.
Локальная вибрация— передается через руки или участки тела человека, контактирующие с вибрирующими поверхностями. Она воздействует на отдельные части организма человека при работе с виброинструментом, присутствует на рычагах управления транспортными средствами и пр. Проблема производственной локальной вибрации для ремонтно-строительных предприятий железнодорожного транспорта важна в связи с наличием большого количества ручных пневматических и электрических машин. Это шлифовальные, полировальные машины, молотки, гайковерты, перфораторы, механические ножницы для резки металла. Для большинства механизированных инструментов уровни
виброскорости значительно превышают допустимые, достигая 112 дБ или
2 м/с 2 (выше всего на пневматических перфораторах — 124…145 дБ). Среди
цехов машиностроительных производств по этому показателю выделяются кузнечно-штамповочные цеха — 115 дБА и полировочные цеха –115…118 дБА. Локальной вибрации подвергаются, главным образом, лица, работающие с ручным механизированным инструментом. Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов кисти, предплечий, нарушая снабжение конечностей кровью и, при длительном воздействии, вызывает хроническое профессиональное заболевание — вибрационную болезнь. Одновременно колебания действуют на нервные окончания, мышечные и костные ткани, вызывают снижение кожной чувствительности, отложение солей в суставах пальцев, деформируя суставы и уменьшая их подвижность. Возникают ноющие, ломящие, тянущие боли рук. Колебания низких частот вызывают резкое снижение тонуса капилляров, а колебания высоких частот — спазм сосудов. Локальная вибрация вызывает спаз-мы сосудов фаланг пальцев, затем распространяется на всю кисть, предплечье и сосуды сердца. При локальной вибрации также нарушается деятельность центральной нервной системы. У формовщиков, бурильщиков, заточников, рихтовщиков при среднечастотном спектре вибраций заболевание развивается через 8...10 лет работы. При работе с инструментом ударного действия (клепка, обрубка) виброболезнь проявляется через 12...15 лет работы.
В зависимости от направления оси вибрационного воздействия вибрация подразделяется на: вертикальную, горизонтальную от спины к груди и горизонтальную от правого плеча к левому. Различные ткани организма по-разному воспринимают воздействие вибрации. Тело человека может рассматриваться как сочетание масс с упругими демпфирующими свойствами, имеющими собственные резонансные частоты. Например, для плечевого пояса, бедер и головы в положении стоя они составляют 4...6 Гц. Для большинства внутренних органов эти частоты лежат в диапазоне 6...9 Гц.
Действие вибрации в зависимости от частоты колебаний. Общая вибрация с частотой ниже 0,7 Гц (качка) приводит к морской болезни, вызываемой нарушением нормальной деятельности вестибулярного аппарата. Вибрация с частотой 6...9 Гц, близкой к частоте собственного механического резонанса внутренних органов, может привести к разрыву тканей и внутренним кровоизлияниям. Реакция человеческого организма на вибрацию пропорциональна значениям виброускорения и виброскорости, которые зависят от частоты. Систематическое воздействие общих вибраций, характеризующихся высоким уровнем виброскорости, приводит к возникновению вибрационной болезни.
Действие вибрации в зависимости от явлений резонанса. Резонанс отдельных органов человеческого тела наступает при совпадении собственных частот колебаний внутренних органов с частотами внешних сил. Уже при превышении частот колебаний 0,7 Гц такие резонансные колебания становятся возможными. Область резонанса для головы в положении сидя при вертикальных вибрациях находится в диапазоне между 20...30 Гц, при горизонтальных —1,5...2 Гц.
Пример. Виброизоляция дизель-генератора массой m꞊1580кг обеспечивается двенадцатью пружинами Д040. Частота вращения вала установки n꞊910 об/мин. Сравнить параметры вибрации с допустимыми нормами.
Решение. Пружина Д040 обладает жесткостью Кz꞊8,3·104 H/м и рассчитана на допустимую рабочую нагрузку PДОП꞊333,2 Н. Проверим правильность выбора количества пружин по допустимой нагрузке, определив нагрузку, приходящуюся на одну пружину:
А верхняя