Глава 12. МЕТОДЫИ СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ
ОТ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ВИБРАЦИИ
Увеличение скоростных и силовых параметров современных машин и механизмов приводит к возрастанию динамических нагрузок, а значит и их вибрационной активности. Контакт человека с вибрирующими объектами отрицательно сказывается на его здоровье и работоспособности: повышается утомляемость, снижается производительность и качество труда. Может развиться профессиональное заболевание – вибрационная болезнь, которая в последние годы во всех развитых странах занимает второе место после болезней от пыли.
ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИБРАЦИИ
Под вибрацией понимается движение точки или механической системы, при котором происходит поочередное возрастание и убывание обычно во времени значений какой – либо величины, его характеризующей (в соответствии с ГОСТ 24346–80).
Причинами возникновения вибрации являются: возвратно-поступательное движение механизмов; неуравновешенные вращающиеся массы; неоднородность материала вращающегося тела; деформация деталей от неравномерного нагрева.
Вибрацию, происходящую по синусоидальному закону, характеризуют: амплитуда виброперемещения Aа – величина наибольшего отклонения колеблющейся точки от положения равновесия; амплитуда виброскорости Vа – максимальное значение скорости колеблющейся точки; амплитуда виброускорения аа – максимальное значение ускорения колеблющейся точки; период Т и частота колебаний f =Т -1. Виброскорость и виброускорение связаны с виброперемещением и частотой колебаний соотношениями:
V = 2p × f × A и a = (2p × f)2 × A. (12.1)
В инженерных расчетах используют логарифмические уровни колебаний L оцениваемые по следующей формуле:
L = 20 lg(b × b 0-1), (12.2)
где b – оцениваемое значение величины (скорость, ускорение и т.п.);
b 0 – исходное значение величины (скорости, ускорения и т.п.).
Например, уровни виброскорости LV и виброускорения La вычисляются как:
LV = 20 × lq (V × Vo -1) и La = 20 × lq (a × ao -1), (12.3)
где V и а – значения соответственно виброскорости и виброускорения;
V 0 = 5 × 10-8 м/с и а 0 = 3 × 10-4 м/с2 – исходные (пороговые) значения виброскорости и виброускорения принятые согласно международным соглашениям.
Уровни колебаний (вибрации) измеряются в децибелах (дБ).
В общем случае вибрация зависит от времени: V = V(t) и является периодической функцией при определенных условиях, которую можно представить в виде бесконечных гармонических колебаний, частоты которых этих составляющих кратны основной частоте колебаний (процесса):
fn = n × f 1, (12.4)
где n = 1,2,3,..;
f 1 – основная частота колебаний.
Важнейшей характеристикой вибрации является ее спектр. Периодическим и почти периодическим колебаниям соответствует дискретный спектр, непериодическим – непрерывный спектр. В общем случае спектр имеет смешанный характер.
Интенсивность вибрационных воздействий на человека, зависит от их частоты. Поэтому весь диапазон частот колебаний принято разбивать на отрезки (полосы частот) и определять уровни вибрации для каждой полосы в отдельности. При оценке вибрационной безопасности в качестве стандартных частотных полос принимают октавные полосы, для которых отношение верхних граничных частот к нижним частотам равно 2. Каждую из октавных полос принято определяют среднегеометрическим значением fc ее граничных частот, по формулам:
fc = (fmax × fmin) 0,5 = 2 0,5 fmin @ 1,41 fmin, fmax = 2 fmin. (12.5)
где fmin – нижняя граничная частота;
fmax – верхняя граничная частота, Гц.
При необходимости октавные полосы делят на третьоктавные, для которых
fmax = 21/3 fmin @1,26 fmin. Например, первая октавная полоса имеет граничные частоты 0,7 и 1,4 Гц, а ее среднегеометрическая частота fc = 1 Гц; вторая соответственно - 1,4….2,8 Гц и 2 Гц и т. д.
КЛАССИФИКАЦИЯ ВИБРАЦИЙ
Вибрация, воздействующая на человека, классифицируется следующим образом.
По способу передачи на человека: общая вибрация (передающаяся через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека) и локальная вибрация (передающаяся на руки человека, на ноги сидящего человека и на предплечья, контактирующие с вибрирующими поверхностями рабочих столов).
Для общей вибрации характерным является передача вибрации на организм в целом. Локальная (местная) вибрация, передается от инструмента к рукам, ногам и другим органам человека локально от ручного механизированного инструмента (с двигателями), органов ручного управления машинами и оборудованием.
По источнику возникновения: общая в жилых помещениях и общественных зданиях; общая на производстве.
Выделяют три категории производственной вибрации: транспортная (1 категория), транспортно-технологическая (2 категория) и технологическая (3 категория типы а, б, в).
По характеру спектра выделяют следующие виды вибрации – узкополосная (контролируемые параметры в одной третьоктавной полосе частот более чем на 15 дБ превышают значения в соседних третьоктавных полосах) и широкополосная (с непрерывным спектром более одной октавы).
По частотному составу вибрацию подразделяют на: низкочастотную (с преобладанием максимальных уровней в октавных полосах частот 1-4 Гц для общих вибраций, 8-16 Гц - для локальных вибраций); среднечастотную (8-16 Гц - для общих вибраций, 31,5-63 Гц - для локальных вибраций) и высокочастотную (31,5-63 Гц - для общих вибраций, 125-1000 Гц - для локальных вибраций).
По временным характеристикам - постоянная (величина нормируемых параметров изменяется не более чем на 6дБ за время наблюдения) и непостоянная вибрация (величина нормируемых параметров изменяется не менее чем на 6 дБ за время наблюдения не менее 10 мин).
ДЕЙСТВИЕ ВИБРАЦИИ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
Вибрация относится к факторам, обладающим высокой биологической активностью. Вибрационная патология в настоящее время стоит на втором месте среди профессиональных заболеваний.
Результатом действия вибрации могут быть головокружения, расстройство координации движений, симптомы укачивания, вегетативная неустойчивость, нарушения зрительной функции, снижение болевой, тактильной и вибрационной чувствительности и другие отклонения в состоянии здоровья.
Частота и особенности клинических проявлений заболеваний, вызванных воздействием вибрации, зависят главным образом от спектрального состава вибрации, продолжительности воздействия, индивидуальных особенностей человека, направления вибрационного воздействия, места приложения, явлений резонанса, условий воздействия вибрации (факторов производственной среды, усугубляющих вредное воздействие вибрации на организм человека).
Выраженность воздействия вибрации определяется, прежде всего, частотным спектром и его распределением в пределах максимальных уровней энергии. Так, воздействие низкочастотной общей вибрации приводит к поражению преимущественно нервно-мышечной системы и опорно-двигательного аппарата. Такая форма вибрационной патологии встречается, например, у формовщиков, бурильщиков и др. Низкочастотная вибрация ведет также к изменению морфологического состава крови: лейкоцитозу, эритроцитопении; к снижению уровня гемоглобина. Средне- и высокочастотная вибрация вызывает, в первую очередь, различные по степени тяжести сосудистые и костно-суставные нарушения. Например, серьезные сосудистые нарушения наблюдаются при работе со шлифовальными машинами, являющимися источниками высокочастотной вибрации.
Колебания высоких частот вызывают спазм сосудов. В некоторых случаях сосудистые нарушения при вибрационной болезни могут привести к постепенному развитию хронической недостаточности мозгового кровообращения.
Патология со стороны опорно-двигательного аппарата объясняется тем, что общая вибрация приводит к прямому микротравмирующему действию на позвоночник (особенно толчкообразная вибрация) вследствие нагрузок на межпозвоночные диски, которые ведут себя как фильтры низких частот. Подобное воздействие приводит к развитию дегенеративно-дистрофических нарушений позвоночника (остеохондрозу).
Влияние общей вибрации на обменные процессы в организме человека проявляется в изменении углеводного обмена, биохимических показателей крови, характеризующих нарушения белкового, ферментативного, а также витаминного и холестеринового обмена. Наблюдаются также нарушения окислительно-восстановительных процессов, изменения показателей азотистого обмена и др.
Воздействию локальной вибрации подвергаются главным образом люди, работающие с ручным механизированным инструментом. Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов кисти, предплечий, нарушая снабжение конечностей кровью, что способствует развитию профессионального заболевания (например, синдрома, связанного с побелением пальцев рук). Кроме сосудистой патологии, возникают и невротические расстройства, а воздействие локальной вибрации на мышечные и костные ткани приводит к снижению кожной чувствительности, отложению солей в суставах пальцев, деформации и уменьшению подвижности суставов.
Сопутствующие факторы, такие как эмоциональные нагрузки сочетание с другими факторами могут увеличить риск вибрационной болезни в 5–10 раз.
НОРМИРОВАНИЕ ВИБРАЦИИ
Гигиеническая оценка постоянной и непостоянной вибрации может производиться тремя методами:
- частотным (спектральным) анализом нормируемого параметра;
- интегральной оценкой по частоте нормируемого параметра;
- интегральной оценкой с учетом времени вибрационного воздействия по эквивалентному (по энергии) уровню нормируемого параметра.
При частотном (спектральном) анализе нормируемыми параметрами вибрации являются измеряемые в октавных или третьоктавных полосах частот среднеквадратические значения виброскорости и виброускорения (или их логарифмические уровни (LV, La)).
При интегральной оценке по частоте нормируемыми параметрами вибрации являются скорректированные значения виброскорости или виброускорения U (а также их логарифмические уровни LU), которые оцениваются по формулам:
,
, (12.6)
где Ui, LUi - среднеквадратические значения виброскорости или виброускорения или их логарифмические уровни в i- й частотной полосе;
п - число октавных полос в нормируемом частотном диапазоне;
Ki, LKi - весовые коэффициенты для i -й частотной полосы соответственно для абсолютных значений или их логарифмических уровней. Значения весовых коэффициентов приведены в СН 2.2.4/2.1.8.566-96.
Интегральная оценка вибрации с учетом времени ее воздействия выполняется по последующим формулам:
,
, (12.7)
где Ui - значения контролируемых параметров виброскорости (V, LV),м/с, или виброускорения (a, La), м/с2, действующих в течение времени ti;
ti - время действия вибрации в i -ом интервале, ч;
п - общее число интервалов действия вибрации;
- общее время действия вибрации, ч.
В СН 2.2.4/2.1.8.566-96 установлены предельно допустимые величины нормируемых параметров локальной и общей вибрации (табл.12.1).