Вибрация

Вибрацией называют любые механические колебания упругих тел около положения равновесия. В соответствии с ДСТУ 2300-93 «Вибрация. Термины и определения» под вибрацией понимается движение точки или материальной системы, при котором происходит поочередное возрастание и убывание во времени значений, по крайней мере, одной координаты. Колебания тел с частотой ниже 16 Гц воспринимается организмом как вибрация, а колебания с частотой 16 Гц и выше – одновременно как вибрация и как звук.

Причины вибрации – неуравновешенные силовые воздействия при работе машин и механизмов. Источниками вибрации являются различные технологические процессы (например, процессы агломерации, выплавки чугуна и стали, прокатки различных профилей, ковки, добычи угля и др.), а также применяемое оборудование (электродвигатели, вентиляторы, трансформаторы, насосы, компрессоры, вибромельницы, электропечи, прокатные станы, ручной механизированный инструмент и др.) и их рабочие органы. В одних случаях причиной возбуждения вибрации является возвратно-поступательное движение системы, а в других случаях – неуравновешенные вращающиеся массы, в третьих случаях – удары деталей.

Ощущение вибрации возникает при соприкосновении части тела с предметами, колеблющимися под воздействием какой-либо силы. В зависимости от воздействия на человека вибрация делится на общую и локальную.

Общая вибрация передается через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека и вызывает сотрясение всего организма, а локальная – вовлекает в колебательные движения лишь отдельные части тела (руки, ноги). Локальной вибрации повергаются рабочие, применяющие ручной механизированный инструмент, а также рабочие, занятые на технологических операциях, которые связаны с ручным трудом на оборудовании, генерирующем вибрацию.

Систематическое воздействие вибрации приводит к различным нарушениям здоровья человека и может стать причиной вибрационной болезни. Требования к уровню вибрации на рабочих местах приведены в ДНАОП 0.03-3.11-84 «Санитарные нормы и правила при работе с машинами и оборудованием, генерирующими локальную вибрацию, передаваемую на руки работающих №3041-84». Под действием вибрации ткани человеческого организма подвергаются сдавливанию и растяжению, происходят изменения в нервной и костно-суставной системах, возрастают энергетические затраты организма, человек худеет, теряет мышечную силу. В дальнейшем повышается артериальное давление, наступают спазмы сосудов сердца и гангрена конечностей, т.е. развивается вибрационная болезнь. Вибрационная болезнь – профессиональное заболевание, занимающее второе место после пневмокониоза (около 20% всех профзаболеваний). Более 80% случаев вибрационной болезни выявлено при работе с ручными машинами. Появление первых признаков наступления вибрационной болезни (беление пальцев в виде перчатки, потеря чувствительности) происходит обычно через 6 – 10 лет. Высокие частоты (свыше 90 Гц) вызывают сосудистые нарушения, средние (16 – 90 Гц) – костно-мышечные нарушения и поражают центральную нервную систему, а низкие (5 – 16 Гц) – мышечные поражения.

Весьма опасными являются колебания рабочих мест, имеющие частоту, резонансную с колебаниями отдельных органов или частей тела человека. Так, весь организм и большинство внутренних органов резонируют при действии колебаний с частотой 6 – 9 Гц, голова – 17 – 25 Гц. Для стоящего на вибрирующей поверхности человека имеется два резонансных пика: на частотах 5 – 12 и 17 – 25 Гц, для сидящего – на частотах 4 – 6 Гц.

Физическими характеристиками вибрации являются частота, амплитуда виброперемещений, виброскорость и виброускорение. Для периодического процесса спектр колебательного процесса дискретный, чаще всего с ярко выраженной основной частотой колебаний. Для случайных процессов спектр сплошной.

Для сплошного спектра характеристики вибрации приводятся в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 1, 2, 4, 8, 16, 32, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000 Гц. Учитывая, что виброскорость и виброускорение изменяется в очень широких пределах, поэтому ля измерения этих величин применяют также наряду с физическими величинами и уровни этих величин:

для виброскорости

для виброускорения

где — соответственно уровень виброскорости и виброускорения, дБ;

‑ соответственно фактическое значение и пороговое значение виброскорости (м/с). м/с;

— соответственно фактическое значение и пороговое значение виброускорения (м/с²). м/с².

Переход от уровней виброскорости и виброускорения к их физическим значениям производится по формулам:

и .

Различают гигиеническое и техническое нормирование вибрации. В первом случае обеспечиваются оптимальные или допустимые условия работы людей, во втором – обеспечиваются условия защиты машин и оборудования от действия вибрации. Нормативными документами, определяющими требования к вибрации с точки зрения обеспечения безопасности работающих, являются ДНАОП 0.03-3.12-84 “Санитарные нормы вибрации рабочих мест №3044-84” и ГОСТ 12.1.012-90 “Вибрация. Общие требования безопасности”. Нормируемыми параметрами при гигиенической оценки вибрации являются среднеквадратичные значения (и их уровни) виброскорости или виброускорения в октавных полосах частот для локальной вибрации, а для общей вибрации – в октавных или третьоктавных полосах частот.

Общая вибрация подразделяется на:

транспортную – автомобили, транспорт для перевозки людей и грузов и др.; транспортно-технологическую – экскаваторы, погрузчики и др.; технологическую – станки, агрегаты, технологическое оборудование.

В выше приведенных нормативных документах указаны допустимые значения как для локальной вибрации, так и для каждого вида общей вибрации. Учитывая, что ручные машины (дрели, виброинструмент и др.) являются найболее массовым источником локальной вибрации, разработан ДНАОП 0.03-3.11-84 «Санитарные нормы и правила при работе с машинами и оборудованием, генерирующими локальную вибрацию, передаваемую на руки работающих №3041-84».

Методы снижения вибрации.

1. Снижение вибрации в источнике возникновения. Для этого заменяют возвратно-поступательное движение вращательным, балансируют вращающиеся массы, смягчают удары и т.д. Например, для насосов, газодувок основным приемом является балансировка роторов и колес. Замена ковки и штамповки прессованием, пневматической клепки - электросваркой также снижает вибрацию.

2. Отстройка от резонанса. Для этого изменяют массу или жесткость деталей, а также скоростной режим работы машины для исключения резонансных режимов работы, т.е. когда частота собственных колебаний машины или ее узлов совпадает с частотой вынуждающей силы. Такой режим резонанса увеличивает вибрацию и даже может быть причиной разрушения машины.

3. Вибродемпфирование. Для этого либо заменяют металлические элементы машины на материалы с большим внутренним трением (на медно-никелевые, никель-титановые сплавы, пластмассовые материалы и т.п.), либо покрывают эти элементы слоем вибродемпфирующего покрытия (резина, пластик, слой медного напыления, слой фольги, полихлорвинил и т.п.).

4. Виброгашение. Для этого устанавливают машину на отдельный массивный фундамент. Массу фундамента выбирают из условия, чтобы амплитуда колебания его подошвы не превышала 0,1-0,2 мм.

5. Виброизоляция. Для этого между машиной и защищаемой конструкцией вводится упругая связь (пружина, резиновая вставка и т.д.).

6. Средства индивидуальной защиты (СИЗ) от вибрации. СИЗ применяют тогда, когда техническими средствами, рассмотренными выше, не удается снизить уровень вибрации до нормы. В качестве средств индивидуальной защиты применяют рукавицы, перчатки, виброзащитные прокладки, вкладыши или пластины. Для ног применяют специальную обувь, подмётки, наколенники; для тела – нагрудники, пояса, специальные костюмы. Средства защиты рук должны удовлетворять требованиям ГОСТ 12.4.002-74, а спецобувь для условий общей вибрации – ГОСТ 12.4.024-76. Часто применяют подпружиненные рабочие места, сиденья и т.п.

В соответствии с санитарными нормами в целях профилактики вибрационной болезни для работающих рекомендуется специальный режим труда. Так, при работе с ручными машинами суммарное время работы в контакте с вибрацией не должно превышать 2/3 рабочей смены. При этом продолжительность непрерывного воздействия вибрации, включая микропаузы, не должна превышать 20 мин. При таком режиме труда необходимо предусматривать, кроме обеденного перерыва, ещё два регламентированных перерыва для активного отдыха (гимнастика, физиопрофилактические процедуры): 20 мин через 1 – 2 ч после начала смены и 30 мин через 2 ч после обеденного перерыва.

Все работающие с источниками вибрации должны проходить медицинские осмотры перед поступлением на работу и периодически не реже 1 раза в год. Рабочие, у которых обнаружили признаки виброболезни, до решения врачебной комиссии, временно должны быть переведены на другую работу, не связанную с вибрацией, охлаждением рук и большими мышечными усилиями.