Вопрос
Вибрация.
Введение
В современном мире нас окружает огромное количество механизмов, появляется все больше продуктов технического прогресса. Все это не может не сказаться на людей, имеющих непосредственное отношение к ним. Возникают профессиональные болезни обусловленные воздействием физических факторов производственной среды таких, как вибрация, шум, электромагнитные волны радиочастотного и оптического диапазона. Одной из таких болезней является вибрационная болезнь.
Вибрационная болезнь — это профессиональное заболевание, развивающееся под влиянием воздействия на человеческий организм вибрации, т. е. механического колебания материальных точек или тел. Это заболевание встречается обычно у бурильщиков, обрубщиков, клепальщиков, формовщиков, заточников, шлифовщиц и рабочих других специальностей, связанных с применением вращающихся пневматических и электрических инструментов (вибраторов), отбойных молотков и пр. Описана итальянским врачом Дж. Лоригой в 1911, хотя первые попытки описать её были сделаны ещё в 19 в. русскими врачами А. Н. Никитиным, Ф. Ф. Эрисманом и др.
Вибрация возникает в самых разнообразных технических устройствах вследствие несовершенства их конструкции, неправильной эксплуатации, внешних условий (например, рельеф дорожного полотна для автомобилей), а также специально генерируемая вибрация.
Вибрация
Вибрация — это колебание твердых тел или частиц с частотой меньше 20 Гц, которое воспринимается человеком через осязание; физический фактор, действие которого определяется передачей человеку механической энергии от источника колебаний. Основными характеристиками вибрации являются амплитуда смещения, скорость и ускорение. Вибрации сверх допустимых санитарных норм вредно действуют на нервную и сердечно-сосудистую системы. Работающие, длительное время подвергающиеся вредному воздействию вибрации, заболевают вибрационной болезнью, основными признаками которой являются нервно-сосудистые нарушения пальцев рук, что проявляется в повышенной чувствительности к охлаждению рук (онемение, посинение или бледнение их), появлением болей в суставах кистей и пальцев, а также головные боли, повышенная утомляемость и раздражительность. Вредному воздействию вибраций может подвергаться механизатор, работающий на с/х машине,на ручной электро- или пневмоинструмент(отбойники, портативный вибратор для бетона, воброрейка, электро-шпалоподбойки), применяемый при ремонте сельскохозяйственной техники, также может создавать вибрации, вредные для работающего. Это наиболее распространенные источники вибрации.
3.2 Виды вибраций Общепринятым является деление вибраций на общие и местные. Общая вибрация — это колебание всего тела, передающееся с рабочего места. Локальная вибрация (местная вибрация) — это приложение колебаний только к ограниченному участку поверхности организма. На производстве распространены оба вида вибрации: локальная — через руки (чаще всего при работе с ручными машинами), общая (по всему телу) — при положении сидя или стоя на рабочем месте (у машины и технологического оборудования). Все виды вибрации, действующие на производстве, объединяются термином «производственная вибрация».
Параметры вибрации.
Основные параметры синусоидального колебания: частота в герцах (1 кол./с); амплитуда вибросмещения А (м); виброскорость V (м/с); виброускорение
а (м/с2) или в долях ускорения силы тяжести g = 9,81 (м/с2). Время, в течение которого колеблющееся тело совершает одно полное колебание, называется периодом колебания Т (с). Для синусоидальных колебаний скорость V и ускорение а определяются по формулам:
V= 2 p fА; а = (2 p f)2 A, (5.1)
где p – 3,14; f – частота, Гц; А – амплитуда колебаний, м.
Относительные уровни виброскорости Ln и виброускорения Lа выражаются в децибелах и определяются по формулам:
дБ, 
дБ,
где 5×10–8 (м/с) – это нулевой уровень колебательной скорости V 0, соответ-
ствующий среднеквадратичной колебательной скорости при стандартном пороге звукового давления, равном 2×10–5 Н/м2; 1×10–6 (м/с2) – нулевой уровень колебательного ускорения а 0.
В силу специфических свойств органов чувств определяющими являются действующие значения параметров, характеризующих вибрацию. Так, действующее значение виброскорости есть среднеквадратичное мгновенных значений скорости V (t)за время усреднения Ту, которое выбирают с учетом характера изменения виброскорости во времени:
Изображение непрерывного спектра требует обязательной оговорки о ширине Df элементарных частотных полос, к которым относится изображение. Если f 1 – нижняя граничная частота данной полосы частот, f 2 – верхняя граничная частота, то в качестве частоты, характеризующей полосу в целом, берется среднегеометрическая частота:
В практике виброакустических исследований весь диапазон частот вибраций разбивают на октавные диапазоны. В октавном диапазоне верхняя граничная частота вдвое больше нижней (f 2 /f 1 = 2). Анализ и построение спектров параметров вибрации могут производиться также в третьоктавных (f 2/ f 1 = 
) полосах частот.
Среднегеометрические частоты октавных (третьоктавных) полос частот в виброакустике стандартизованы и составляют: 1; 2; 4; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000; 16000 (0,8; 1,0; 1,2 и т.д.) Гц.
В зависимости от характера контакта тела человека с источником производственной вибрации условно различают локальную (местную) и общую вибрацию (вибрация рабочих мест). Вибрация, передаваемая преимущественно через руки работающего, определяется как локальная. Вибрация рабочего места (скамьи, пола, обрабатываемого изделия, на котором находится человек) определяется как общая. В производственных условиях часто имеет место сочетание локальной и общей вибраций. В других случаях преобладает общая вибрация, например, при формовке железобетонных изделий на виброплатформах с одновременным ручным разравниванием бетонной массы.
По источнику возникновения общую вибрацию различают:
· общую вибрацию 1 категории – транспортную вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах самоходных и прицепных машин, транспортных средств при движении по местности, агрофонам и дорогам (в том числе при их
строительстве). К источникам транспортной вибрации относят: тракторы сельскохозяйственные и промышленные, самоходные сельскохозяйственные машины (в том числе комбайны); автомобили грузовые (в том числе тягачи, скреперы, грейдеры, катки и т.д.); снегоочистители; самоходный горно-шахтный рельсовый транспорт;
· общую вибрацию 2 категории – транспортно-технологическую вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах машин, перемещающихся по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок, горных выработок. К источникам транспортно-технологической вибрации относят: экскаваторы (в том числе роторные); краны промышленные и строительные; машины для загрузки (завалочные) мартеновских печей в металлургическом производстве; горные комбайны, шахтные погрузочные машины, самоходные бурильные каретки; путевые машины, бетоноукладчики, напольный производственный транспорт;
· общую вибрацию 3 категории – технологическую вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах стационарных машин или передающуюся на рабочие места, не имеющие источников вибрации. К источникам технологической вибрации относят: станки металло- и деревообрабатывающие; кузнечно-прессовое оборудование; литейные машины; электрические машины, стационарные электрические установки; насосные агрегаты и вентиляторы; оборудование для бурения скважин, буровые станки; машины для животноводства, очистки и сортировки зерна (в том числе сушилки); оборудование промышленности стройматериалов (кроме бетоноукладчиков); установки химической и нефтехимической промышленности и др.
Общую вибрацию категории 3 по месту действия для условий производства подразделяют на следующие типы:
а) на постоянных рабочих местах производственных помещений предприятий;
б) на рабочих местах на складах, в столовых, бытовых, дежурных и других производственных помещений, где нет машин, генерирующих вибрацию;
в) на рабочих местах в помещениях заводоуправления, конструкторских бюро, лабораторий, учебных пунктов, вычислительных центров, здравпунктов, конторских помещениях, рабочих комнатах и других помещениях для работников умственного труда.
Иногда человек может одновременно подвергаться общей и местной вибрации (комбинированная вибрация). Вибрация нарушает деятельность сердечнососудистой и нервной систем, вызывает вибрационную болезнь. Смешанное воздействие с преобладанием местной вибрации возникает при работе ряда ручных машин, когда колебательные движения инструмента, машины передаются телу не только через верхние, но и через нижние конечности, грудь, спину, что зависит от рабочей позы и конструкции инструмента. Например, при работе с пневмомолотом для скрепления деталей деревянной тары.
По направлению действия вибрацию подразделяют на вертикальную, распространяющуюся по оси х, перпендикулярной к опорной поверхности; горизонтальную, распространяющуюся по оси у от спины к груди; горизонтальную, распространяющуюся по оси z от правого плеча к левому.
По временной характеристике различают: постоянную вибрацию, для которой контролируемый параметр за время наблюдения изменяется не более чем в 2 раза (6 дБ); не постоянную вибрацию, изменяющуюся по контролируемым параметрам более чем в 2 раза.
Действие вибрации на организм
Общие требования: Общая структура систем измерения и анализа вибрации, будь то технические средства вибрационного контроля и защиты, вибрационного мониторинга или диагностики, включает в себя первичные измерительные преобразователи, согласующие устройства, линии связи, собственно средства анализа, базу данных (в простейшем случае - пороговые устройства) и средства (программы) обработки информации (см. рис. 1).
|
Рис.1. Структурная схема системы измерения и анализа вибрации:
ИП - измерительные преобразователи,
УС – устройства согласования,
АН – анализатор,
БД – база данных,
СОИ – средства обработки информации.
Особенности воздействия производственной вибрации определяются частотным спектром и расположением в его пределах составляющих с максимальным уровнем энергии колебания. Местная вибрация малой интенсивности может оказывать благоприятное воздействие на организм человека, восстанавливая трофические изменения, улучшая функциональное состояние центральной нервной системы, ускоряя заживление ран и т. п. При увеличении интенсивности колебаний и длительности их воздействия возникают изменения, приводящие в ряде случаев к развитию профессиональной патологии – вибрационной болезни.
Воздействие общей вибрации разных параметров вызывает различную степень выраженности изменений в центральной и вегетативных нервных системах, сердечно-сосудистой системе, обменных процессах, вестибулярном аппарате.
Гигиеническое нормирование вибрации.
Гигиеническая оценка постоянной и непостоянной вибрации, воздействующей на человека, производится следующими 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.
Нормируемые параметры указываются для определенного диапазона частот:
· для локальной вибрации в виде октавных полос со среднегеометрическими частотами: 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц;
· для общей вибрации в виде октавных или 1/3 октавных полос со среднегеометрическими частотами: 0,8; 1; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 31,5; 40,0; 50,0; 63,0; 80,0 Гц.
При частотном (спектральном) анализе нормируемыми параметрами являются cредние квадратические значения виброскорости v и виброускорения а или их логарифмические уровни Lv, La, измеряемые в 1/1 и 1/3 октавных полосах частот. Предельно допустимые величины нормируемых параметров производственной локальной вибрации при длительности вибрационного воздействия 480 мин (8 ч) приведены в табл. 1.
Таблица 1
Предельно допустимые значения производственной локальной вибрации
| Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц | Предельно допустимые значения по осям Хл, Yл, Zл | |||
| виброускорения | виброскорости | |||
| м/с2 | дБ | м/с×10–2 | дБ | |
| 1,4 | 2,8 | |||
| 1,4 | 1,4 | |||
| 31,5 | 2,8 | 1,4 | ||
| 5,6 | 1,4 | |||
| 11,0 | 1,4 | |||
| 22,0 | 1,4 | |||
| 45,0 | 1,4 | |||
| 89,0 | 1,4 | |||
| Корректированные и эквивалентные корректированные значения и их уровни | 2,0 | 2,0 |
Работа в условиях воздействия вибрации с уровнями, превышающими санитарные нормы более чем на 12 дБ (в 4 раза) по интегральной оценке или в какой-либо октавной полосе, не допускается. Предельно допустимые величины нормируемых параметров вибрации рабочих мест при длительности вибрационного воздействия 480 мин (8 ч) для вибрации категории 1 (транспортной вибрации) приведены в табл. 2.
Таблица 2
Предельно допустимые значения вибрации рабочих мест
категории 1 (указаны только для виброускорения)
| Средне-геометри-ческие частоты полос, Гц | Предельно допустимые значения виброускорения | |||||||
м/c 
| дБ | |||||||
| в 1/3 октаве | в 1/1 октаве | в 1/3 октаве | в 1/1 октаве | |||||
| Z o | X o ,Y o | Z o | X o ,Y o | Z o | X o ,Y o | Z o | X o ,Y o | |
| 0,80 | 0,70 | 0,22 | ||||||
| 1,00 | 0,63 | 0,22 | 1,10 | 0,40 | ||||
| 1,25 | 0,56 | 0,22 | ||||||
| 1,60 | 0,50 | 0,22 | ||||||
| 2,00 | 0,45 | 0,22 | 0,79 | 0,45 | ||||
| 2,50 | 0,40 | 0,28 | ||||||
| 3,15 | 0,35 | 0,35 | ||||||
| 4,00 | 0,32 | 0,45 | 0,56 | 0,79 | ||||
| 5,00 | 0,32 | 0,56 | ||||||
| 6,30 | 0,32 | 0,70 | ||||||
| 8,00 | 0,32 | 0,89 | 0,63 | 1,60 | ||||
| 10,00 | 0,40 | 1,10 | ||||||
| 12,50 | 0,50 | 1,40 | ||||||
| 16,00 | 0,63 | 1,80 | 1,10 | 3,20 | ||||
| 20,00 | 0,79 | 2,20 | ||||||
| 25,00 | 1,00 | 2,80 | ||||||
| 31,50 | 1,30 | 3,50 | 2,20 | 6,30 | ||||
| 40,00 | 1,60 | 4,50 | ||||||
| 50,00 | 2,00 | 5,60 | ||||||
| 63,00 | 2,50 | 7,00 | 4,50 | 13,00 | ||||
| 80,00 | 3,20 | 8,90 | ||||||
| Корректированные и эквивалентные корректированные значения и их уровни | — | — | 0,56 | 0,40 | — | — |
Таблица 3. Допустимое время контакта работающих с виброинструментом, не отвечающим санитарным нормам
| Презышение допустимых уровней виброскоростн в октавных полосах частот относительно санитарных норм, дБ | Допустимая суммарная деятельность вибрации за рабочую смену, мин | |
| ручные машины | рабочее место | |
| 0 (1 раз) | ||
| До 3 (1,41 раза) | ||
| До 6 (2 раза) | ||
| До 9 (2,8 раза) | ||
| До 12 (4 раза) |
Чтобы ликвидировать влияние вредных вибраций на работающего, необходимо соблюдать соотношение длительности воздействия вибрации и выполнения других операций, не связанных с ней, не менее 1:2. Например, при превышении санитарных норм вибрации ручной машины до 9 дБ целесообразно устанавливать порядок работы машиной по 10 мин с периодами других видов работ по 20 мин каждый, то есть 10 + 20+10 + 20 + 10 + 20+10=100 мин. В остальное рабочее время (480—100 = 380 мин) должны проводиться работы, не связанные с вибрацией.
Нормы, ограничивающие вибрации при работе с механизмами и оборудованием и на рабочем месте, приведены в таблице 8.
Таблица 4. Ограничивающие нормы вибрации
| Частота, Гц | Виброинструмент | Рабочее место | ||
| уровень колебательной скорости, дБ | колебательная скорость, см/с | уровень колебательной скорости, дБ | колебательная скорость, см/с | |
| 5,0 | 0,35 | |||
| 3,5 | 0,22 | |||
| 2,5 | 0,27 | |||
| 1,8 | 0,35 | |||
| 1,2 | 0,35 | |||
| 0,9 | — | — | ||
| 0,63 | — | — | ||
| 0,45 | — | — |
На частотах до 11 Гц нормируются для рабочих мест следующие колебательные смещения:
| Частота, Гц | |||||||||||
| Смещения, мм | 0,6 | 0,5 | 0,4 | 0,2 | 0,1 | 0,08 | 0,07 | 0,05 | 0,045 | 0,04 | 0,035 |
3.5 Профилактика вибропоражений К организационно-техническим мероприятиям по профилактике вибропоражений относятся: замена операций, требующих применения ручных машин, автоматизацией процессов и их дистанционным управлением; максимальное применение прессовой и односторонней клепки взамен ударной; уменьшение удельного веса обрубных работ за счет внедрения точного литья, дробеструйной чистки литья, газопламенной резки и электроискровой и электрохимической обработки; применение самоходного оборудования с автоматическим управлением взамен ручного бурения; механизация процессов ручной формовки; дистанционное управление бетоноукладчиков и пр., а также планово-предупредительный ремонт и контроль за вибрационными параметрами.
3.6 Гигиенические, лечебно-профилактические и правовые мероприятия.
В соответствии с рекомендациями к разработке положения о режиме труда работников виброопасных профессий общее время контакта с вибрирующими машинами, вибрация которых соответствует санитарной норме, на протяжении смены не должно превышать 2/3 длительности рабочего дня. Операции должны распределяться между работниками так, чтобы продолжительность непрерывного воздействия вибрации, включая микропаузы, не превышала 15–20 мин. Рекомендуются при этом два регламентированных перерыва (для активного отдыха, проведения производственной гимнастики по специальному комплексу, гидропроцедур): 20 мин (через 1–2 ч от начала смены) и 30 мин (через 2 ч после обеденного перерыва).
Для повышения защитных свойств организма, работоспособности и трудовой активности следует использовать специальные комплексы производственной гимнастики, витамино-профилактику (два раза в год комплекс витаминов С, В; никотиновая кислота), спецпитание. Целесообразно проведение в середине или в конце рабочего дня 5–10-минутных гидропроцедур, сочетающих ванночки при температуре воды 38°С и самомассаж для верхних конечностей.