Лекция № 8. Вибрация. Защита от вибраций.

Механические колебания, возникающие в упругих телах или телах, находящихся под воздействием переменного физического поля, называются вибрацией. Вибрация относится к факторам, обладающим высокой биологической активностью. Выраженность ответных реакций обуславливается главным образом силой энергетического воздействия и биомеханическими свойствами человеческого тела как сложной колебательной системы. Воздействие вибрации на человека классифицируют по способу передачи колебаний; направлению действия вибрации; временной характеристике вибрации.

При контакте с колеблющимся объектом вибрация пере­дается на тело человека. В зависимости от способов передачи она подразделяется на общую (передается через опорные по­верхности на тело стоящего или сидящего человека) и локаль­ную (передается через руки человека).

Вибрация характеризуется частотой колебаний (Гц), ам­плитудой (м или мм), виброскоростью (м/с) и виброускоре­нием (м/с²).

Уровни вибраций измеряют не на каждой отдельной час­тоте, а в некоторых полосах (интервалах) частот: октавных и третьоктавных. У октавных полос отношение верхней грани­цы частоты к нижней равно 2, а у третьоктавных — 2^1/3. Для удобства и сопоставимости измерений границы всех час­тотных полос стандартизированы, а сами полосы характери­зуют не граничными частотами, а их среднегеометрическими величинами (см. шум.).

Вибрация приводит к нарушениям в центральной нервной и сердечно-сосудистой системах, появлению головных болей, головокружении, повышенной возбудимости, расстройству ве­стибулярного аппарата, снижению работоспособности. Длитель­ное воздействие вибрации может привести к развитию профес­сионального заболевания — вибрационной болезни, характе­ризующейся комплексом стойких патологических изменений (поражением костно-суставного аппарата, функциональным расстройством внутренних органов, опущением органов ма­лого таза, окостенением сухожилий, мышц и др.)- Наиболее опасны вибрации с частотами 2 – 30 Гц, так как они вызыва­ют резонансные колебания многих органов тела, имеющих в этом интервале собственные частоты (2 – 8 Гц — руки и ноги; 2 – 3 — живот и кишечник; 2 – 12 — грудная клетка; 12 – 27 — голова; 10 Гц — мозг и т. д.).

Нормы общей вибрации установлены для трех направле­ний вдоль осей ортогональной системы координат Х₀, У₀ иZ₀, где вертикальная ось Z_о перпендикулярна опор­ным поверхностям тела в местах его контакта с сиденьем, рабочей площадкой и т. п., горизонтальные оси Х₀ и У₀ па­раллельны опорным поверхностям. Ось Х_О проходит от спи­ны к груди, а ось Уо — от правого плеча к левому.

Нормы для локальной вибрации установлены вдоль осей Х_Л, У_Л иZ_Л, где ось Х_Л параллельна оси мест охвата источника вибрации (рукоятки, ложемента, рулевого колеса, рычага управления, удерживаемого в руках обраба­тываемого изделия и т. п. ), а ось Z_Ллежит в плоскости, образованной Х_Л и направлением подачи или приложения силы (или осью предплечья, когда сила не прикладывается).

Исходными параметрами для определения вибрационной нагрузки на оператора служат виброускорение (или вибро­скорость), измеренные в октавных или треть октавных поло­сах частот, и время воздействия вибрации.

Локальную вибрацию измеряют в октавных полосах со следующими среднегеометрическими частотами: 1; 2; 4; 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500и 1000Гц. Общую вибрацию определяют в октавных и треть октавных полосах со средне­геометрическими частотами: 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2,0;2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 31,5; 40; 50; 63и 80Гц.

Кроме непосредственных значений виброускорения и ви­броскорости, для оценки вибрации используют и их логариф­мические уровни, выраженные в децибелах (дБ). Логарифми­ческий уровень виброускорения, дБ, определяют по формуле:

Lа = 20lg(а/а_о),

где а —среднеквадратическое значение виброускорения, м/с²; а₀— пороговое значение, м/с² (а₀ = 10^-6м/с²).

Логарифмический уровень виброскоростиL_o,измеряемый в децибелах, определяют по фактически измеренному среднеквадратическому значению виброскорости и ее пороговому значению v₀ = 5 * 10^-8м/с по формуле:

L_v = 20 lg (v/5 * 10^-8)

Санитарные нормы общей вибрации (СН 2.2.4/2.1.8.566-96) установлены с учетом источника ее образования. В этой свя­зи вибрацию подразделяют на три категории:

Категория 1 – транспортная вибрация, воздействующая на операторов подвижных самодвижущихся машин.

Категория 2 — транспортно-технологическая вибрация, воздействующая на операторов машин с ограниченной под­вижностью, перемещаются только по специально подготов­ленным поверхностям (экскаваторы, краны, напольный про­изводственный транспорт и т. п.).

Категория 3, тип «а» —технологическая вибрация на рабочих местах производственных помещений.

Категория 3, тип «б» —технологическая вибрация, передающаяся на рабочие места в складах, столовых, бытовых и других производственных помещениях, где нет создающих вибрацию машин.

Категория 3, тип «в» — технологическая вибрация на рабочих местах работников умственного труда (конторы, дис­петчерские, здравпункты и т. п.).

Вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах машин, перемечающихся по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок, называется транспортно-технологической. Источниками транспортно-технологической вибрации являются экскаваторы, промышленные и строительные краны, горные комбайны, путевые машины, бетоноукладчики, напольный производственный транспорт и т. д.

Источником транспортной вибрации являются снегоочистители трактора. Транспортная вибрация появляется в результате движения машин по местности, агрофонам и дорогам, в том числе и при их строительстве. К источникам транспортной вибрации относят также самоходные сельскохозяйственные машины, комбайны, грузовые автомобили, снегоочистители, самоходный горно-шахтный рельсовый транспорт и т. д.

Источником технологической вибрации являются насосные агрегаты. Технологическая вибрация возникает при работе стационарных машин или передается на рабочие места, не имеющие источников вибрации. Ее источниками также являются металло- и деревообрабатывающие станки, электрические машины, вентиляторы и т. д.

Защита от вибраций.

К техническим мероприятиям относят устранение вибра­ций в источнике и на пути их распространения. Устранение и уменьшение вибраций в источнике начинают еще на стадии проектирования и изготовления машин, закладывая в их кон­струкцию решения, обеспечивающие вибробезопасные условия труда: замену ударных процессов на безударные, применение деталей из пластмасс, ременных передач вместо цепных, шес­терен с глобоидальным и шевронным зацеплением вместо пря­мозубых, выбор оптимальных рабочих режимов, тщательную балансировку вращающихся деталей, повышение класса точ­ности их изготовления и чистоты обработки поверхностей и др.

При эксплуатации техники уменьшение вибраций дости­гают своевременной подтяжкой креплений, устранением сво­бодного хода, зазоров, качественным смазыванием трущихся поверхностей, правильной регулировкой рабочих органов, особенно режущих и ударных, и другими методами.

Для уменьшения вибраций на пути их распространения применяют вибродемпфирование, виброгашение и виброизо­ляцию.

Защита сооружений, машин, приборов от вредного воздействия вибрации путем покрытия вибрирующей поверхности материалом с большим внутренним трением (резиной, пробкой, битумом, войлоком и др.) называется демпфированием (вибропоглощением). Вибродемпфирование представляет собой уменьшение амплитуды колебаний деталей машин (в основном кожухов, сидений, площадок для ног) вследствие нанесения на них слоя упруговязких материалов (резины, пластиков, мастик и т. п. ). Величина демпфирующего слоя обычно в 2-3 раза превышает толщину элемента конструкции, на которую он наносится. Вибродемпфирование может быть осуществлено применением двухслойных материалов: сталь — алюминий, сталь — медь и др.

Эти материалы переводят энергию вибрационных колебаний в тепловую. Основными требованиями, предъявляемыми к демпфирующим материалам, должны быть высокая эффективность, малая масса, способность прочно удерживаться на металле и предохранять его от коррозии. Виброгашение достигается увеличением массы вибрирую­щего агрегата за счет установки его на жесткие массивные фундаменты (с амплитудой колебания не более 0,1-0,2 мм, а для особо ответственных сооружений — 0,005 мм) или на мас­сивные плиты, а также увеличением жесткости системы путем введения в конструкцию дополнительных ребер жесткости.

Виброизоляция ослабляет передачу колебаний от источ­ника на основание, пол, рабочую площадку, сиденье и т. п. за счет устранения между ними жестких связей и установки упругих элементов (виброизоляторов). В качестве виброизо­ляторов применяют стальные пружины или рессоры, про­кладки из резины, войлока, а также резинометаллические, пружинно-пластмассовые и пневморезиновые конструкции, использующие упругие свойства воздуха.

К средствам индивидуальной защиты от вибрации относятся рукавицы. Средства индивидуальной защиты (СИЗ) от вибрации в основном предназначены для уменьшения воздействия локальной вибрации. К СИЗ рук относятся виброзащитные рукавицы, представляющие устройство с мягкой поролоновой прокладкой, перчатки, вкладыши, прокладки. В настоящее время требования к СИЗ с применением упруго-демпфирующих материалов регламентируется специальными ГОСТами.