Характеристика основных параметров вибрации

Вибрация представляет собой механическое колебательное движение, простейшим видом которого является гармоническое (синусоидальное) колебание.

Основные параметры синусоидального колебания: частота в герцах (1 кол./с): амплитуда вибросмещения А (м); виброскорость V (м/с); виброускорение
а (м/с²) или в долях ускорения силы тяжести g = 9,81 (м/с²). Время, в течение которого колеблющееся тело совершает одно полное колебание, называется периодом колебания Т (с). Для синусоидальных колебаний скорость V и ускорение а определяются по формулам:

где p – 3,14; f – частота, Гц;

А – амплитуда колебаний, м.

Относительные уровни виброскорости L_n и виброускорения L_а выражаются в децибелах и определяются по формулам:

дБ, дБ,

(10.2)

где 5×10^–8 (м/с) – опорное значение виброскорости; 1×10^–6 (м/с²) – нулевой уровень колебательного ускорения а₀.

Опорное значение величины колебательной энергии виброускорения, поглощенной телом человека Q, прямо пропорциональна площади контакта, времени воздействия и интенсивности раздражителя:

где I – интенсивность вибрации, кгм/м²×с;

S – площадь контакта, м²;

T – длительность воздействия, с.

Интенсивность вибрации, а следовательно, колебательная энергия прямо пропорциональны квадрату колебательной скорости:

где V – среднеквадратичное значение колебательной скорости, м/с;

Z/S – модуль входного удельного механического импеданса (сопротивления) в зоне контакта, кг/с×м³.

В силу специфических свойств органов чувств определяющими являются действующие значения параметров, характеризующих вибрацию. Так, действующее значение виброскорости есть среднеквадратичное мгновенных значений скорости V(t)за время усредненияТ_у,которое выбирают с учетом характера изменения виброскорости во времени:

,

(10.5)

Таким образом, для характеристики вибрации используют спектры действующих значений параметров или средних квадратов последних V² = u²_д. При оценке суммарного воздействия колебаний различных частот или отдельных источников следует иметь в виду, что при сложении некогерентных колебаний результирующую виброскорость (ускорение/смещение) находят соответствующим суммированием мощностей отдельных составляющих спектра (или отдельных источников) или, что одно и то же, суммированием средних квадратов виброскорости:

где n – число составляющих в спектре.

В соответствии с этим результирующее действующее значение указанного параметра определяется выражением:

,

(10.7)

Изображение непрерывного спектра требует обязательной оговорки о ширине Df элементарных частотных полос, к которым относится изображение. Если f₁ – нижняя граничная частота данной полосы частот, f₂– верхняя граничная частота, то в качестве частоты, характеризующей полосу в целом, берется среднегеометрическая частота:

,

(10.8)

В практике виброакустических исследований весь диапазон частот вибраций разбивают на октавные диапазоны. В октавном диапазоне верхняя граничная частота вдвое больше нижней (f₂/f₁= 2). Анализ и построение спектров параметров вибрации могут производиться также в третьоктавных (f₂/ f₁= ) полосах частот.

Среднегеометрические частоты октавных (третьоктавных) полос частот в виброакустике стандартизованы и составляют: 1; 2; 4; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000; 16000 (0,8; 1,0; 1,2 и т.д.) Гц.

В зависимости от характера контакта тела человека с источником производственной вибрации условно различают локальную (местную) и общую вибрацию (вибрация рабочих мест).

Вибрация, передаваемая преимущественно через руки работающего, определяется как локальная. Вибрация рабочего места (скамьи, пола, обрабатываемого изделия, на котором находится человек) определяется как общая (рис. 10.2, а). В производственных условиях часто имеет место сочетание локальной и общей вибраций.

Смешанное воздействие с преобладанием местной вибрации возникает при работе ряда ручных машин, когда передача колебаний по телу осуществляется не только через верхние, но и через нижние конечности, грудь, спину и другие части тела в зависимости от рабочей позы и конструкции инструмента.

В других случаях преобладает общая вибрация, например, при формовке железобетонных изделий на виброплатформах с одновременным ручным разравниванием бетонной массы.

Локальную вибрацию подразделяют на действующую вдоль осей ортогональной системы координат Х_л, Y_л, Z_л, (рис. 10.2, б), где ось Х_л параллельна оси места охвата источника вибрации (рукоятки, ложемента, рулевого колеса, рычага управления, удерживаемого в руках обрабатываемого изделия и т.п.), ось Y_л перпендикулярна ладони, а ось Z_л лежит в плоскости, образованной осью Х_л и направлением подачи или приложения силы (или осью предплечья, когда сила не прикладывается).

По источнику возникновения общую вибрацию различают:

общую вибрацию 1 категории – транспортную вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах самоходных и прицепных машин, транспортных средств при движении по местности, агрофонам и дорогам (в том числе при их строительстве). К источникам транспортной вибрации относят: тракторы сельскохозяйственные и промышленные, самоходные сельскохозяйственные машины (в том числе комбайны); автомобили грузовые (в том числе тягачи, скреперы, грейдеры, катки и т.д.); снегоочистители; самоходный горно-шахтный рельсовый транспорт;

общую вибрацию 2 категории – транспортно-технологическую вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах машин, перемещающихся по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок, горных выработок. К источникам транспортно-технологической вибрации относят: экскаваторы (в том числе роторные); краны промышленные и строительные; машины для загрузки (завалочные) мартеновских печей в металлургическом производстве; горные комбайны, шахтные погрузочные машины, самоходные бурильные каретки; путевые машины, напольный производственный транспорт;

общую вибрацию 3 категории – технологическую вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах стационарных машин или передающуюся на рабочие места, не имеющие источников вибрации. К источникам технологической вибрации относят: станки металло- и деревообрабатывающие; кузнечнопрессовое оборудование; литейные машины; электрические машины, стационарные электрические установки; насосные агрегаты и вентиляторы; оборудование для бурения скважин, буровые станки; машины для животноводства, очистки и сортировки зерна (в том числе сушилки); оборудование промышленности стройматериалов (кроме бетоноукладчиков); установки химической и нефтехимической промышленности и др.

Рис. 10.2. Направление координатных осей при действии вибрации:

а – общей (положение стоя и сидя); б–локальной (охват цилиндрических
и сферических поверхностей)

Общую вибрацию категории 3 по месту действия для условий производства подразделяют на следующие типы:

а) на постоянных рабочих местах производственных помещений предприятий;

б) на рабочих местах на складах, в столовых, бытовых, дежурных и других производственных помещений, где нет машин, генерирующих вибрацию;

в) на рабочих местах в помещениях заводоуправления, конструкторских бюро, лабораторий, учебных пунктов, вычислительных центров, здравпунктов, конторских помещениях, рабочих комнатах и других помещениях для работников умственного труда.

При нормировании общую вибрацию определяют по направлению вдоль осей ортогональной системы координат Х_О, Y_О, Z_О (рис. 2.2, а), где Х_О (от спины к груди) и Y_о (от правого плеча к левому) – горизонтальные оси, направленные параллельно опорным поверхностям; Z_О – вертикальная ось, перпендикулярная опорным поверхностям тела в местах его контакта с сиденьем, полом и т.п.