Производственная вибрация

В соответствии с ГОСТ 24346-80 (СТ СЭВ 1926-79) «Вибрация. Термины и определения» под вибрацией понимается движение точки или механической системы, при котором происходит поочередное возрастание и убывание во времени значений по крайней мере одной координаты. Причиной возбуждения вибраций являются возникающие при работе машин и агрегатов неуравновешенные силовые воздействия. Источники вибраций - возвратно-поступательно движущиеся системы (кривошипно-шатунные механизмы, ручные перфораторы, пломбиры, вибротрамбовки, приборы для упаковки товаров и пр.), а также неуравновешенные вращающиеся массы (электрические и пневматические шлифовальные и режущие машины, режущие инструменты). Иногда вибрацию создают удары взаимодействующих деталей в зубчатых зацеплениях, подшипниковых узлах и дру­гих механизмах. Наличие дисбаланса приводит к появлению неуравновешенных сил, вы­зывающих вибрацию. Причиной дисбаланса может быть неоднородность материала вращающегося тела, несовпадение центра массы тела и оси вращения, деформация деталей от неравномерного нагрева при горячих и холодных посадках и т. д.

Основными параметрами вибрации, происходящей по синусоидальному закону, являются: частота, амплитуда смещения, скорость, ускорение, период колебания (время, в течение которого совершается одно полное колебание).

В производственных условиях почти не встречается вибрации в виде простых га­монических колебаний. При работе машин и оборудования обычно возникает сложное колебательное движение, которое является апериодическим или квазипериодическим, имеющим импульсный или толчкообразный характер.

В зависимости от контакта работника с вибрирующим оборудованием различают местную (локальную) и общую вибрацию (вибрацию рабочих мест). Вибрация, воздействующая на отдельные части организма работающего, определяется как местная. Вибрация рабочего места, воздействующая на весь организм, определяется как общая. В производственных условиях часто встречается одновременно местная и общая вибрация, которая называется смешанной вибрацией.

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.

Общая вибрация преобладает, например, при работе водителей на подъемно-транспортных и погрузочно-разгрузочных машинах.

Воздействие вибрации на организм человека

Тело человека рассматривается как сочетание масс с упругими элементами, имеющими собственные частоты, которые для плечевого пояса, бедер и головы относительно опорной поверхности (положение «стоя») составляют 4-6 Гц, головы относительно плеч (положение «сидя») - 25-30 Гц. Для большинства внутренних органов собственные частоты лежат в диапазоне 6-9 Гц. Общая вибрация с частотой менее 0,7 Гц, определяемая как качка, хотя и неприятна, но не приводит к вибрационной болезни. Следствием такой вибрации является морская болезнь, вызванная нарушением нормальной деятельности вестибулярного аппарата по причине резонансных явлений.

При частоте колебаний рабочих мест, близкой к собственным частотам внутренних органов, возможны механические повреждения или даже разрывы. Систематическое воз действие общих вибраций, характеризующихся высоким уровнем виброскорости, приводит к вибрационной болезни, которая характеризуется нарушениями физиологических функций организма, связанными с поражением центральной нервной системы. Эти нарушения вызывают головные боли, головокружения, нарушения сна, снижение работоспособности, ухудшение сердечной деятельности.

Особенности воздействия вибрации определяются частотным спектром и расположением в его пределах максимальных уровней энергии колебаний. Местная вибрация малой интенсивности может благоприятно воздействовать на организм человека, восстанавливать трофические изменения, улучшать функциональное состояние центральной нервной системы, ускорять 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.

Ручные машины, вибрация которых имеет максимальные уровни энергии в низких частотах (до 35 Гц), вызывают вибрационную патологию с преимущественным поражением нервно-мышечного и опорно-двигательного аппарата. При работе с ручными машинами, вибрация которых имеет максимальный уровень энергии в высокочастотной области спектра (выше 125 Гц), возникают сосудистые расстройства с наклонностью к спазму периферических сосудов. При воздействии вибрации низкой частоты заболевание возникает через 8-10 лет, при воздействии высокочастотной вибрации - через 5 и менее лет.

Допустимые уровни вибрации

Различают гигиеническое и техническое нормирование вибраций. Гигиенические ограничивают параметры вибрации рабочих мест и поверхности контакта с руками работающих, исходя из физиологических требований, исключающих возможность возникно­вения вибрационной болезни. Технические ограничивают параметры вибрации не только с учетом указанных требований, но и исходя из достижимого на сегодняшний день для данного типа оборудования уровня вибрации. Разработаны законодательные документы, устанавливающие допустимые значения и методы оценки характеристик вибраций (ГОСТ 12.1.012-78. Система стандартов безопасности труда.).

Масса вибрирующего оборудования или его частей, удерживаемых руками, не| должна превышать 10 кг, а усилие нажима - 20 кг.

Общая вибрация нормируется с учетом свойств источника ее возникновения и делится на вибрацию:

-транспортную, которая возникает в результате движения машин по местности и дорогам;

-транспортно-технологическую, которая возникает при работе машин, выполняющих технологическую операцию в стационарном положении, а также при перемещении по специально подготовленной части производственного помещения, промышленной площадке или на оптовых базах;

- технологическую, которая возникает при работе стационарных машин или передается на рабочие места, не имеющие источников вибраций.

Высокие требования предъявляют при нормировании технологических вибраций в помещениях для умственного труда (диспетчерская, бухгалтерия и т. п.). Гигиенические нормы вибрации установлены для рабочего дня длительностью 8 ч.

Анализ последствий воздействия вибраций, встречающихся на предприятиях, свидетельствует об отрицательном влиянии их на физиологические функции организма работающих. Длительно и интенсивно воздействуя на человека, она приводит к нарушению деятельности нервной системы, головокружениям и головной боли, расстройствам зрения, онемению и отечности пальцев рук, заболеванию суставов, снижению чувствительности и другим патологическим изменениям. Эти изменения могут прогрессировать и привести квибрационной болезни и полной потере трудоспособности.

Амплитуда и частота вибрации существенно влияют на тяжесть заболевания и при определенных величинах вызывают вибрационную болезнь.

Методы снижения уровня вибраций машин и оборудования

Причинами вибрации могут быть неправильная установка и эксплуатация машин и оборудования, неравномерный износ отдельных узлов.

Вибродемпфирование производится с помощью использования композиционных материалов: сталь - алюминий, сталь - медь, а также пластмасс, древесины или резины. Широкое распространение получили вибродемпфирующие покрытия, которые в зависимости от величины динамического модуля упругости подразделяются на жесткие и мягкие. Первые эффективны в области низких частот, вторые - высоких.

Наиболее эффективны покрытия из вязкоупругих материалов, к которым относятся твердая пластмасса, рубероид, изол, битуминизированный войлок со слоем фольги.

К мягким вибродемпфирующим покрытиям относятся мягкие пластмассы, резины, пенопласт и др.

Эффективный способ виброгашения - установка динамических виброгасителей, уменьшающих уровень вибраций защищаемого объекта. Недостатком такого способа гашения колебаний является то, что он эффективен только при определенной частоте, соответствующей резонансной частоте колебаний агрегата.

К техническим мероприятиям, снижающим виброизоляцию, относится создание новых конструкций инструментов и машин, вибрация которых не должна выходить за пределы безопасной для человека, а усилие, прикладываемое руками работающего к ручной машине, должно быть пределах 15-20 кг. В таких конструкциях снижение вибрации достигается за счет увеличения жесткости системы с помощью введения ребер жесткости.

Виброизоляция обеспечивает снижение вибрации за счет уменьшения передачи ко­лебаний от агрегата к защищаемому объекту путем установки между ними дополнитель­ных устройств.