Вибрация. Методы и меры борьбы

- транспортно - технологическую (для операторов прокатных станов,

сборочных конвейеров и т.д.);

- технологическую, которая возникает при работе стационарного техно-

логического оборудования и передается на рабочие  места, не имеющие ис-

точников вибрации (сюда можно отнести категорию лиц, занимающихся

умственным  трудом).

При локальной вибрации происходит сотрясение кистей рук, отдельных

частей  тела, например, при работе с ручным механизированным инструмен-

том (бурильщики, сверловщики, а также кузнецы  и т.д.).

Влияние вибрации на человека зависит от её спектрального состава, на-

правления, места подключения, продолжительности  воздействия. Детальная

классификация вредного влияния вибрации приведена  на схеме (рис. 2). 
 
 
 

 

Рис. 2. Классификация вредного влияния  вибрации на человека

Тело  человека, рассматриваемое как вязкоупругая механическая систе-

ма, обладает собственными частотами с достаточно выраженными резо-

нансными свойствами. Резонансные частоты тела человека: глаза 12 – 27 Гц,

грудная клетка 2 – 12 Гц, ноги и руки 2 – 8 Гц, голова 8 – 27 Гц, позвоноч-

ник 4 – 14 Гц.

При значительных уровнях вибрации в диапазоне  частот 4 – 10 Гц чело-

век может  испытывать болевые ощущения и дискомфорт вследствие резо-

нансных колебаний системы «грудь-живот». Резонансы головы вызывают

снижение  остроты зрения вследствие смещения изображения объекта отно-

сительно сетчатки глаза, а также вызывают возрастание ошибок оператора.

Особо опасны вибрации с частотой, совпадающей  с собственной часто-

той внутренних органов человеческого организма  – 6 – 9 Гц, могут вызвать

механическое  повреждение или даже разрыв этих органов.

Систематическое воздействие общей вибрации с  высоким уровнем виб-

роскорости может стать причиной профессионального заболевания – вибра-

ционной болезни (виброболезни). Её проявления – головные боли, голово-

кружение, нарушение сна, плохое самочувствие, пониженная работоспособ-

ность. Виброболезнь лечится медленно и лишь на ранних стадиях. Появле-

ние необратимых изменений в организме приводит к инвалидности.

Вероятность отсутствия виброболезни при различном  стаже работы на

виброопасном производстве представлена на рис. 3 
 

 
 

Рис. 3. Вероятность отсутствия виброболезни при различном

стаже работы на виброопасном производстве

1.4. Нормирование вибраций

Для исключения возможности возникновения виброболезни введено ги-

гиеническое и техническое нормирование вибраций. Нормируются пара-

метры вибрации в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.012 – 90 «ССБТ.

Вибрация. Общие требование безопасности», выписка  из которого пред-

ставлена в табл. 1. Нормируемыми параметрами общей и локальной вибра-

ции являются среднее квадратичное значение виброскорости Д V и логариф-

мический уровень виброскорости LV в каждой октавной полосе частот.

Нормы по ограничению общих вибраций (пола, оснований машин, сиде-

ний и т.п.) устанавливают предельно допустимые значения VД и LV в октав-

ных полосах частот со среднегеометрическими значениями 1; 2; 4; 8; 16;

31,5; 63 Гц, а нормы по ограничению локальной  вибрации – в октавных по-

лосах со среднегеометрическими частотами 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500;

1000; 2000 Гц.

Общая вибрация с частотой менее 1 Гц нормируется  по величине сме-

щения x в зависимости от значения основной частоты колебаний.

Указанные нормативы соответствуют непрерывному воздействию виб-

рации в течение рабочего дня.

1.5. Методы снижения  вибраций

Методы  борьбы с вибрацией базируются на исследованиях колебаний

реальных  механических систем или их физических моделей, а также на ана-

лизе уравнений, описывающих колебательный процесс в таких системах.

Моделирование и анализ механических систем сложны, поскольку рассмат-

риваются системы с многими степенями подвижности, обладающие __________рядом

резонансных частот. Поэтому нередко для исследований применяют прин-

цип аналогий, например, используют электромеханическую аналогию коле-

баний. Исследование электрических моделей вместо механических более

целесообразно в силу простоты их построения и  в тоже время механические

колебания и колебания в электрических  цепях (колебательном контуре)

описываются одними и теми же дифференциальными  уравнениями.

Итак, рассмотрим две системы: механическую и электрическую.

Механическая  система с одной степенью свободы, обладающая трени-

ем, представлена на рис. 4. При определении основных направлений борьбы

с вибрацией  следует ограничиться анализом уравнений  вынужденных коле-

баний такой системы. 
 

 
 

Рис. 4. Механическая система с одной  степенью свободы,

обладающая трением

Таблица 1

Гигиенические нормы вибрации, воздействующей на человека в производственных условиях

(для  некоторых видов вибрации). Фрагмент  из ГОСТ 12.1.012 – 90

Средние квадратичные значения виброскорости, м/с⋅10−2

Вид

вибрации

Направления, по которым

нормируется вибрация Логарифмические уровни виброскорости, дБ в октавных полосах

со среднегеометрическими  частотами, Гц

1 2 4 8 16 31,5 63

Вертикальная (по оси Z)

132

20

123

7.1

114

2.5

108

1.3

107

1.1

107

1.1

107

1.1

Общая вибрация

Транспортная

Горизонтальная (по осям

X и Y) 122

6.3

117

3.5

116

3.2

116

3.2

116

3.2

116

3.2

116

3.2

Транспортно-

технологическая

Вертикальная (по оси Z)

или горизонтальная

(по  осям X и Y)

117

3.5

108

1.3

102

0.63

101

0.56

101

0.56

101

0.56

В заводоуправлени-

ях, конструкторских

бюро, лабораториях,

уч. пунктах, вычис-

лительных центрах,

конторских помеще-

ниях, рабочих ком-

натах и др. помеще-

ниях для работников

умственного труда

Вертикальная (по оси Z)

или горизонтальная

(по осям X и  Y)

91

0.18

82

0.063

76

0.032

75

0.028

75

0.028

75

0.028

Для простоты анализа будем считать, что на систему воздействует пере-

менная возмущающая сила F, изменяющаяся по синусоидальному закону.

Уравнение колебаний в этом случае имеет  вид

j t

qx Fm

dt

m d x

dt

dx ω

2

2

μ + + = e , (4)

где m – масса системы, кг;

q – коэффициент жесткости, Н/м;

x – текущее значение вибросмещения, м;

dt

dx – текущее значение виброскорости, м/с;

2

2

dt

d x – текущее значение виброускорения, м/c2;

μ –  коэффициент сопротивления (трения), Н·с/м;

Fm – амплитуда вынуждающей силы, Н;

ω –  круговая частота вынуждающей силы, рад/с;

Сделав  подстановку V(t)

dt

dx = – текущее значение виброскорости, полу-

чим уравнение для механических колебаний:

+ + ∫  = j t