Вибрация – это периодические колебания материальной точки или точек, составляющих механическую систему. Чаще всего это гармонические колебания. Механической систему представляет собой какое-либо твердое тело или жидкость, в которых, в отличие от газов, сильны связи кристаллического или межмолекулярного (межатомного) взаимодействия. Вибрация может распространяться в твердых и жидких телах в виде волн. Таким образом, вибрация, по сути, является звуковыми волнами, распространяющимися в твердой или жидкой среде. В твердой и жидкой среде возможно не только распространение волн большей частоты, чем в газе, но и одновременное распространение как продольных волн (волн сжатия), так и поперечных волн (волн сдвига). В газах существуют только волны сжатия.
Вибрация может быть охарактеризована следующими физическими величинами:
Виброперемещение х = хm sin (wt + jо)
Виброскорость v = хmw cos (wt + jо)
Виброускорение a = - хmw2 sin (wt + jо)
где: хm – амплитуда виброперемещения, т.е. наибольшее отклонение колеблющейся точки от положения равновесия, м; w-угловая частота, рад/с (w = 2pf);jо– начальная фаза колебаний.
|
|
Для указанных параметров определяется также и их уровни:
Логарифмический уровень виброскорости:
L v = 10 lg (V 2/ V о2) =20 lg(V / V 0),
где: V 0 – пороговое значение виброскорости, стандартизированное в международном масштабе (V 0 = 5 . 10-8,м/с).
Логарифмический уровень виброускорения:
L а = 20 lg (а/а 0).
где: а 0 - пороговое значение виброскороускорения, стандартизированное в международном масштабе (а 0 = 3 . 10-4,м/с2).
Характеристикой вибрации также является ее спектр. Спектр вибрации, по принятому принципу разделен на октавные полосы.
По характеру воздействия на организм человека различают общую и локальную вибрации.
Общая вибрация действует на весь организм в целом.При этом страдает в первую очередь нервная система и анализаторы: вестибулярный, зрительный, тактильный. Симптомы заболевания: головокружения, расстройства координации движения, снижение остроты зрения до 40%, изменение обменных процессов. Особенно опасна толчкообразная вибрация, вызывающая микротравмы различных тканей, вплоть до их разрыва. Человеческое тело – это сложная колебательная система. Резонансчеловеческого тела, отдельных его органов наступает при совпадении собственных частот колебаний внутренних органов с частотами внешних сил. Например, область резонанса:
- для всего тела в положении сидя – 4…6 Гц;
- для головы в положении сидя при вертикальных вибрациях – 20…30 Гц; при горизонтальных – 1.5…2 Гц;
- органы зрения –30…90 Гц, что соответствует резонансу глазных яблок;
- сердце – 16 Гц;
|
|
- кишечник – 8 Гц.
Общая вибрация способна вызывать резонанс внутренних органов и приводить к внутреннем повреждениям, травмированию органов. Симптомы: боли в пояснице, конечностях, в области желудка.
По направлению действия общую вибрацию подразделяют на вертикальную, распространяющуюся по оси Z; горизонтальную, распространяющуюся по оси X от спины к груди; горизонтальную, распространяющуюся по оси Y от правого плеча к левому.
Одни источники вибрации действуют постоянно, другие – периодически, случайно. Колебания в зданиях могут возникать как от внешних источников, так и в результате инженерно-технологического оборудования.
По интенсивности колебаний наиболее значительным является рельсовый транспорт. Уровни виброускорений на расстоянии до 20 м от тоннелей метрополитена и линий трамвая превышают средний городской уровень на 10 дБ. При эксплуатации железнодорожного транспорта повышенные уровни виброускорения регистрируются в радиусе 40-50 м.
Значительные вибрации создают промышленные предприятия. Источниками вибрации является кузнечно-прессовое оборудование, внутризаводской и внутрицеховой транспорт, вращающиеся динамически неуравновешенные роторы машин и механизмов. Низкочастотные горизонтальные колебания (1-4 Гц) распространяются в глубь жилой застройки на расстояние до 4000 м и превышают допустимые значения виброускорения на указанных частотах на 4-8 дБ.
Часто вибрация в квартире связана с эксплуатацией лифта. В момент пуска и при закрывании дверей значения превышают допустимые на 15-21 дБ.
По источнику возникновения общая вибрация подразделяется на:
Транспортную. Воздействует на операторов подвижных машин (водители грузовых автомобилей, тракторов и т. д).
Транспортно-технологическую. Воздействует на операторов с ограниченным перемещением (водители рельсового транспорта, бурильных машин, бетоноукладчики).
Технологическую. Воздействует на операторов стационарных машин или передается на рабочие места, не имеющие источников вибрации. Ее классифицируют следующим образом:
3а – в помещениях с источниками вибрации;
3б – на рабочих местах на судах (рубка капитана, штурмана, радиста), в служебных помещениях без источников вибрации;
3в – на складах, в столовых без источников вибрации;
3г – в помещениях для умственного труда: заводоуправление, конструкторское бюро и т.д.
По временной характеристике различают:
- постоянную вибрацию, для которой контролируемый параметр изменяется не более чем в 2 раза за время наблюдения;
- непостоянную вибрацию, изменяющуюся по контролируемому параметру более чем в 2 раза.
Локальная вибрация действует на отдельные части организма (верхние конечности, плечевой пояс, сосуды сердца). Бич современного машиностроения – локальная вибрация. Локальной вибрации подвергаются люди, работающие с ручным механизированным инструментом (отбойные молотки, перфораторы). Симптомы заболеваний: снижение кожной чувствительности, отложение солей в суставах.
Действие вибрации на организм человека зависит от: мощности колебательного процесса, времени контакта, демпфирующих свойств тканей. Вибрационная патология стоит на втором месте (после пылевых) среди профессиональных заболеваний – 28%.
В зависимости от характера работы вибрационная болезнь возникает через 8-15 лет работы. Факторы производственной среды, усугубляющие вредное воздействие вибраций на организм:
- тяжелые мышечные нагрузки;
- пониженная температура;
- шум высокой интенсивности;
- психоэмоциональный стресс.
Различают техническое и гигиеническое нормирование вибраций.
Техническое нормирование вибрации устанавливает допустимое значение вибрационных характеристик машин и адресуется их создателям. Вибрационные характеристики служат критериями качества и безопасности машин.
|
|
Гигиеническое нормирование вибраций регламентируют ГОСТ 12.1.012-90 «ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования» и СН 2.2.4/2.1.8.566-96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях, жилых и общественных зданиях».
В таблицах 13-14 приведены ПДУ виброскорости для вибрации на рабочих местах.
Таблица 13
ПДУ виброскорости общей вибрации на рабочих местах
(извлечение из ГОСТ 12.1.012-90)
Тип вибрации | fср , Гц | ||||||
31,5 | |||||||
1 по оси Z | |||||||
1 по осям X и Y | |||||||
- | |||||||
3а | - | ||||||
3б | - | ||||||
3в | - | ||||||
3г | - |
Таблица 13
Нормы локальной вибрации по всем направлениям
(извлечение из ГОСТ 12.1.012-90)
f ср, Гц | 31.5 | |||||||
Lv,дБ |
Основная цель нормирования вибраций на рабочих местах – это установление допустимых значений параметров вибраций, которые при ежедневном систематическом воздействии на протяжении многих лет не могут вызвать существенных заболеваний человека.
Нормируемыми параметрами являются:
- виброскорость V, м/с;
- виброускорение а, м/с2;
- их логарифмические уровни Lv и Lа, дБ.