Занятие 5 Вибрация

шатунных механизмах двигателей, компре ссоров, ударников в пневматических ручных машинах /отбойных молотках, перфораторах/ и

т.п.;

- при вращении неуравновешенных масс , имеющих дисбаланс /ручные шлифовальные машины, режущий инструмент станков и т.п./;

- при ударных взаимодействиях элементов и детал ей /зубчатые зацепления,

подшипники, клепальный инструмент и т.п./;

-кинематическое возбуждение , вызываемое колебаниями оснований (например, неравномерности пути, дорог при движении транспортных средств;

-параметрическое возбуждение , вызываемое изменением во времени параметров системы (только в нестационарных системах, например, двигателях внутреннего сгорания);

-автоколебания, возникающие и поддерживаемые от источника энергии не колебательной природы (простейшим примером служат ЧАСЫ, чьи колебания вызывает пружина).

Характеристиками вибрации служат:

-амплитуда изменения параметра движения;

-частота изменения амплитудного параметра.

В общем виде при рассмотрении ВИБРАЦИЙ как вредного фактора условий труда будем говорить об ОБОБЩЕННОМ АМПЛИТУДНОМ параметре u, который может быть и СКОРОСТЬЮ - v, и УСКОРЕНИЕМ - a, и ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ - s.

При синусоидальном (гармоническом) процессе колебаний тела вдоль оси х зависимость ВИБРОСМЕЩЕНИЯ - х от времени - t имеет вид:

х = хm sin ( ώt + φ),

где: хm - амплитуда виброперемещения; ώ - угловая частота (рад/с);

t - текущее время, с;

φ начальная фаза виброперемещения.

(В большинстве случаев начальная фаза в задачах охраны труда значения не

2

Процессы вибрации применительно к вопросам охраны труда чаще всего характеризуются амплитудой ВИБРОСКОРОСТИ v = x', изменение которой во времени при гармонических колебаниях тоже представляет собой гармонический процесс и имеет вид (без учета фазы):

a = - х m ώ 2 sin ώ t.

Воздействие вибрации на человека (в том числе и в производственных условиях) определяется кинетической энергией колебательного процесса W, которая в самом общем виде движения тела массой m пропорциональна квадрату скорости движения v:

W = m v 2 /2.

Ориентируясь на параметр скорости и учитывая нестабильный характер амплитуд в реальных колебательных процессах в машинах и оборудовании, в качестве характеристики ОБЫЧНО принято использовать среднеквадратические значения параметра колебаний u (как в шуме для звукового давления рск).

Поскольку амплитудные параметры вибрации, воздействующей на человека, изменяются в очень широком диапазоне значений (до 16 порядков), для них используют ЛОГАРИФМИЧЕСКИЕ УРОВНИ, определяемые аналогично уровням звукового давления.

L = 10 lg (u 2/u О2) = 20 lg (u/ u О), дБ.

колебательной скорости при пороговом значении звукового давления р О = 2.10-5 Па); - для виброускорения aО = 10-6 м/с2.

Единицы УРОВНЕЙ виброскорости и виброускорения НЕ имеют специальных обозначений,

для уровней звукового давления в ШУМЕ.

В частности, эффективность ∆L, дБ,применения средств снижения вибрации (виброзащиты) выражается разностью уровней:

∆L = L до - L после ,

где L до - уровни вибрации ДО применения виброзащиты), дБ;

L после - уровни вибрации ПОСЛЕ проведения мероприятий,дБ. Расшифровка значений уровней, входящих в формулу определения эффективности виброзащиты

Lдо - Lпосле = 20 lg uдо / uo - 20 lg uпосле / uo = 20 lg uдо / uпосле,

показывает, что ЭФФЕКТИВНОСТЬ виброзащиты (и вообще сравнение логарифмических уровней, установленных относительно одинаковых ОПОРНЫХ значений) НЕ зависит от принятых опорных значений.

Колебательный процесс распространения вибрации, как и звука, характеризуется ЧАСТОТОЙ, измеряемой в герцах, Гц (1000 Гц = 1 кГц).

Частотный диапазон, в котором рассматриваются ВИБРАЦИОННЫЕ процессы на производстве, простирается от ДОЛЕЙ герц (0,7 Гц) до БОЛЕЕ чем 1 кГц (1400

Гц).

Поэтому частотный диапазон ВИБРАЦИИ, так же как и ШУМА, разбивают на

полосы частот:

например, виброскорости, в дБ) от ЧАСТОТЫ называется ЧАСТОТНЫМ СПЕКТРОМ вибрации (или просто СПЕКТРОМ вибрации).

Как и в шуме спектры вибрации могут быть ДИСКРЕТНЫМИ, СПЛОШНЫМИ и СМЕШАННЫМИ.

Воздействие вибрации на человека

Вибрация, воздействующая на работающего, классифицируется:

-по способу передачи на человека;

-по временным характеристикам;

-по направлению действия.

По способу передачи на человека различают:

- ОБЩУЮ ВИБРАЦИЮ, которая передается через опорные поверхности на тело сидящего (через ягодицы) или стоящего (через стопы ног) человека;

- ЛОКАЛЬНУЮ ВИБРАЦИЮ , которая передается через руки работающего или

специально подготовленным поверхностям производственных помещений и

промышленныхз площадок (краны, напольные электрокары и т.п.); -категория 3 - технологическая ви брация, воздействующая на человека на

рабочих местах стационарных машин и оборудования или передающаяся на рабочие места, не имеющие источников вибрации.

ОБЩАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ВИБРАЦИЯ категории 3 подразделяется на 3 типа:

-тип а - на постоянных рабочих местах по обслуживанию стационарных машин и оборудования в производственных помещениях (все виды станочного оборудования, технологические линии и др.); -тип б - на рабочих местах на складах, в столовых, бытовых, дежурных и других

производственных помещений, где нет машин, генерирующих вибрацию;

Положение стоя Положение сидя

Реакции организма на вибрацию обуславливаются энергией воздействия колебаний и биомеханическими свойствами человеческого тела как сложной колебательной системы.

При действии вибрации даже малой мощности на определенных частотах выше 0,7 Гц из-за РЕЗОНАНСНЫХ явлений в организме возникают повышенные ответные реакции.

функционирования систем и органов проявляется в зависимости от спектрального

состава действующей вибрации и способов ее ПЕРЕДАЧИ.

ОБЩАЯ вибрация передается на ВСЁ тело сидящего или стоящего человекаоператора и характеризуется диапазоном частот от 1 до 90 Гц.

ОБЩАЯ вибрация в первую очередь воздействует и вызывает изменения:

- в центральной и вегетативной нервной системах,

-сердечно-сосудистой системе,

-обменных процессах,

-вестибулярном аппарате,

-зрительном анализаторе.

При длительном воздействии ОБЩЕЙ вибрации отмечают жалобы и нарушения со стороны:

-вестибулярного аппарата ,(головокружения, расстройства координации движений, симптомы укачивания);

-зрительного анализатора (сужение и выпадение отдельных участков поля

зрения, снижение остроты зрения (иногда до 40%), потемнение в глазах; - опорно-двигательного аппарата (пояснично-крестцовые радикулиты,

остеохондрозы, люмбаго, ишиас).

Профе ссиональная вибрационная болезнь от ОБЩЕЙ вибрации регистрируется у:

-водителей транспорта (водителей автомобилей, трактористов, бульдозеристов),

-операторов транспортно-технологических машин (машинистов экскаваторов),

-рабочих, занятых виброуплотнением железобетонных конструкций.

ЛОКАЛЬНАЯ вибрация передается через руки человека -оператора и действует в диапазоне частот от 5 Гц до 1400 Гц.

ЛОКАЛЬНАЯ вибрация в первую очередь воздействует и вызывает изменения в руках.

ЛОКАЛЬНАЯ вибрация при длительном её воздействии вызывает у них:

-спазмы сосудов кисти и предплечья , нарушение крове снабжения верхних конечностей, проявляющиеся в синдроме "БЕЛЫХ ПАЛЬЦЕВ";

-патологические изменения в нервных окончаниях, мышечных и костных

тканях рук, проявляющиеся в снижении кожной чувствительности, отложении солей в суставах пальцев, деформации и уменьшении подвижности суставов;

-болезненные состояния, проявляются в ноющих, ломящих, тянущих болях в

руках, особенно часто, по ночам.

Профессиональная вибрационная болезнь от ЛОКАЛЬНОЙ вибрации регистрируется у:

- работающих с РУЧНЫМИ МАШИНАМИ (формовщиков, бурильщиков, клепальщиков, обрубщиков, лесорубов заточников, рихтовщиков).

Развивается через 8-10-15 лет , может принимать достаточно тяжелые и даже неизлечимые формы, ведет к временной и даже постоянной потере трудоспособности (т.е. профессиональной ИНВАЛИДНОСТИ).

занимает в структуре профзаболеваний ВТОРОЕ место после пневмоканиозов, а в отдельные годы и в некоторых отраслях - занимает ПЕРВОЕ место.

К факторам производственной среды , усугубляющим вредное воздействие вибрации на организм, относятся в первую очередь – чрезмерные мышечные

нагрузки (усилия), охлаждение рук и всего организма, увлажнение рук , а также высокоинтенсивный шум и психо-эмоциональный стресс.

Гигиеническое нормирование вибрации осуществляется по Санитарным

нормам СН 2.2.4/2.1.8.566-96 "Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий."

Нормируемыми параметрами ВИБРАЦИИ являются:

- спектры среднеквадратических значений ВИБРОСКОРОСТИ (в м/с) (и по их

УРОВНЯМ, в дБ) или ВИБРОУСКОРЕНЙ (в м/с2) (и по их УРОВНЯМ, в «других» дБ)

в ОКТАВНЫХ полосах частот:

для ОБЩЕЙ вибрации - в октавах 1, 2, 4, 8, 16, 31,5 и 63 Гц; для ЛОКАЛЬ НОЙ вибрации- в октавах 8;16;31,5;63;125;250;500 и 1000 Гц.

ВИБРОУСКОРЕНИЯ (в дБ), которые представляют собой одночисловую интегральую по времени характеристику НЕПОСТОЯННОЙ вибрации.

Допустимые спектры вибрации имеют одинаковый характер (как в шуме). Но

смену допустимые значения нормируемого параметра [ut] определяют по формуле: [u t] = [u 480] V 480 / т

[u480] - нома вибрационной нагрузки на оператора (допустимое значение виброскорости, м/с, или виброускорения, м/с2) для длительности воздействия вибрации 480 мин (8 час);

Т - время воздействия вибрации, мин.

При Т<30 мин в качестве нормы принимается значение для Т = 30 мин. Допускается в качестве характеристики НЕПОСТОЯННОЙ вибрации

использовать ДОЗУ вибрации.

ДОЗА вибрации ДВ - интегральная величина, характеризующая энергию вибрации, воздействующую на человека за время его контакта с вибрацией, и определяемая по формуле:

Т

Д = ∫ u к 2 (t) dt

0

u к (t) - текущее корректированное значение контролируемого параметра (виброскорости, м/с, или виброускорения, м/с 2 );

Т - время воздействия вибрации (контакта с вибрацией), ч. Определять ДОЗУ вибрации и рассчитывать ее ДОПУСТИМОЕ значение

ДВ = u экв 2. t,

где u экв - эквивалентное значение параметра вибрации за время t.

При действии Л ОКАЛЬНОЙ вибрации при работе с ручными машинами в соответствии с СанПиН 2.2.2.540-96 регламентируются также:

- сила нажатия, которая не должна превышать: для одноручной машины - 100 Н;

вибрации внутри железнодорожных транспортных средств и ГОСТ 31192.1—

2004 для локальной вибрации , которые гармонизированы с Международными

ограничивающих отрицательное воздействие вибрации на человека.

-характеризуется параметрами, устанавливаемыми гигиеническими нормами вибрации (октавными, часто – ТРЕТЬ ОКТАВНЫМИ спектрами и/или корректированными

ВХ-2 - устанавливается, как правило, для стационарных машин с внешним рабочим местом, располагающимся около машины на перекрытиях, полах, фундаментах и т.п. (например, станочное оборудование);

-характеризуется динамическими нагрузками в точках опоры стационарных машин на несущие конструкции и фундаменты.

Методы и средства КОНТРОЛЯ Основные принципы виброизмерений основываются на:

- выборе и применении обеспечивающих нормируемый динамический (амплитудный) и частотный диапазон систем;

-виброметров, анализаторов спектров (октавных и 1/3 -октавных фильтров);

-чувствительных элементов - датчиков- акселерометров;

-интегрирующих цепочек для получения виброскорости;

-правильном размещении и креплении датчиков в местах контакта тела с

вибрирующими элементами машин или рабочими местами, в виде сидений или рабочих площадок.

Выбор и способ установки (крепления) датчика должен быть таким, чтобы собственная частота

которые прижимаются рукой, телом, ягодицами, ногами к вибрирующей поверхности.

Датчики ориентируются в направлении оси измерений. Возможно применение 3-х компонентных датчиков, направленных вдоль 3-х координатных осей, что особенно актуально для измерений

9

транспортной вибрации 1категории, РАЗЛИЧНО нормируемой в вертикальном и горизонтальном направлении. Обычно бывает достаточно измерять в одном направлении, которое известно как направление МАКСИМАЛЬНОЙ вибрации.

Имеются виброметры - шумомеры с октавными фильтрами:

- измеритель шума и вибрации ВШВ-003-М2 (Россия, г.Таганрог).

Активно распространяются интегрирующие приборы и дозиметры для измерения корректированных и эквивалентных значений виброскорости и/или виброускорений:

-фирма"Брюль и Къер" (Дания) - портативные виброметр 2511, интегрирующий портативный виброметр 2513

-фирма Larson-Davis (США) - портативный интегрирующий шумовиброанализатор, - портативный анализатор спектров шума и вибраций.

Измерение ВХ машин производится теми же приборами.

единственно ВОЗМОЖНЫМ - является снижение вибрации В ИСТОЧНИКЕ , что реализуется при конструировании машин и проектировании технологических процессов.

Здесь возможны два принципиальных направления:

кинематических схем;

-замена на БЕЗУДАРНЫЕ процессы:

-замена клепки - сваркой; ковки и штамповки - прессованием;

-замена подшипников качения - ударных - на подшипники скольжения - безударные;

- замена прямозубых шестерен косозубыми и шевронными; - внедрение автоматизации формовки и зачистки в литейном производстве вместо ручной

выбивки и обрубки и т.п.; Важную роль играют, в частности:

-точность изготовления и чистота обработки динамических пар,

-обеспечиваемый при монтаже род посадки.

Так уровень виброскорости, в зависимости от качества опор подшипникового узла турбины при уменьшение гранности желоба внутреннего кольца подшипника может дать снижение до 5 дБ, волнистости – до 3 дБ , при замене посадки с зазором на посадку с натягом – до 4 Дб на низких скоростях и до 25 дБ на скоростях до 3000 об/мин.

- снижение кинематического возбуждения транспортных машин за счет уменьшения неровностей профиля пути, повышение нивелирующей способности опорных элементов самоходных и транспортных машинах и др.

(2) снижение ВИБРАЦИОННОЙ АКТИВНОСТИ применяемых машин и оборудования за счет:

-отстройки от резонансных режимов в системе рациональным выбором масс и жесткостей колеблющейся системы (машины, систем установки и крепления), определяющих собственную частоту системы, а также скоростных режимов работы машины, определяющих частоту возбуждения;

-применение в качестве встроенных систем (1) отстройки от резонанса

(2)виброизоляции, (3) динамического виброгашения, и (4) вибродемпфирования

(в том числе в виде применения специальных вибропоглотителей и конструкционных материалов с повышенным внутренним трением).

Виброизоляция и вибродемпфирование являются также основными средствами борьбы с вибрацией на пути ее РАСПРОСТРАНЕНИЯ от

источника к рабочему месту.

Для защиты человека ( и машин, конструкций, зданий и сооружений) от вибрации, которую генерируют различные источники (станки и другое обрабатывающее оборудование, краны. вентиляторы, компрессоры, транспорт, и т.п.) применяются указанные способы снижения вибрации.

Для отстройки от резонанса (т.е. исключения совпадения собственной частоты источника и частоты возбуждения) или пытаются увести (увеличить) собственную частоту за зону частоты возбуждения, или уменьшить частоту возбуждения, чтобы она была НИЖЕ или ВЫШЕ собственной частоты. Когда машина вынуждена ПРОХОДИТЬ через частоту СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ для снижения вибрации при РЕЗОНАНСЕ нужно УВЕЛИЧИВАТЬ АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ, вводя демпфирование (линейное или трение).

Метод, называемый ВИБРОГАШЕНИЕ , обеспечивает уменьшение амплитуд вибрации за