Физические негативные факторы

Виброакустические колебания

Виброакустические колебания— это упругие колебания твер­дых тел, газов и жидкостей, возникающие в рабочей зоне при работе технологического оборудования, движении технологиче­ских транспортных средств, выполнении разнообразных техно­логических операций.

Вибрация

Вибрация— это малые механические колебания, возникаю­щие в упругих телах.

Источниками вибрациимогут являться:

• возвратно-поступательные движущиеся системы — криво-шипно-шатунные механизмы, перфораторы, вибротрам­бовки, виброфармовочные машины и др.;

• неуравновешенные вращающиеся массы — режущий инст­румент, дрели, шлифовальные машины, технологическое оборудование;

• ударное взаимодействие сопрягаемых деталей — зубчатые передачи, подшипниковые узлы;

• оборудование и инструмент, использующие в технологиче­ских целях ударное воздействие на обрабатываемый мате­риал — рубильные и отбойные молотки, прессы, инстру­мент используемый в клепке, чеканке и т. д.

Область распространения вибрации называется вибрацион­ной зоной.

Параметры, характеризующие вибрацию. Вибрация характе­ризуется скоростью (и, м/с) и ускорением (а, м/с²) колеблющей­ся твердой поверхности. Обычно эти параметры называют вибро­скоростью и виброускорением.

Величины виброскорости и виброускорения, с которыми приходится иметь дело человеку, изменяются в очень широ­ком диапазоне. Оперировать с цифрами большого диапазона

очень неудобно. Кроме того, органы человека реагируют не на абсолютное изменение интенсивности раздражителя, а на его относительное изменение. В соответствии с законом Вебе-ра—Фехнера, ощущения человека, возникающие при различ­ного рода раздражениях, в частности вибрации, пропорцио­нальны логарифму количества энергии раздражителя. Поэто­му в практику введены логарифмические величины — уровни виброскорости и виброускорения:

Измеряются уровни в специальных единицах — децибелах (ДБ). За пороговые значения виброскорости и виброускорения приняты стандартизованные в международном масштабе вели­чины: v_Q = 5 • 10"⁸ м/с, а₀ = 3 • 10"⁴ м/с².

Важной характеристикой вибрации является его частота( ) - количество колебаний в единицу времени. Частота из­меряется в герцах (Гц, 1/с) — количестве колебаний в секунду. Частоты производственных вибраций изменяются в широком диапазоне: от 0,5 до 8000 Гц. Время, в течение которого про­исходит одно колебание, называется периодом колебания Г(с): Т= 1.Максимальное расстояние, на которое перемещается любая точка вибрирующего тела, называется амплитудой или амплитудой виброперемещения А (м). Для гармонических коле­баний связь между виброперемещением, виброскоростью и виброускорением выражается формулами

где п = 3,14.

Вибрация может характеризоваться одной или несколькими частотами (дискретный спектр) или широким набором частот (непрерывный спектр). Спектр частот разбивается на частотные полосы (октавные диапазоны). В октавном диапазоне верхняя граничная частота/| вдвое больше нижней граничной частоты/,, т. е. fjf₂ = 2. Октавная полоса характеризуется ее среднегеомет­рической частотой.

Среднегеометрические частоты октавных полос частот виб­рации стандартизованы

и составляют: 1, 2, 4, 8, 16, 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц. Из определения октавы по среднегеометрическому значению ее частоты можно определить нижнее и верхнее значения октавной полосы частот.

Классификация вибраций (рис. 2.12). Производственную виб­рацию классифицируют по следующим признакам:

• способ передачи вибрации;

• направление действия вибрации;

• временная характеристика вибрации;

• характер спектра вибрации;

• источник возникновения вибрации.

По способу передачи вибрацию подразделяют на общую и ло­кальную. Общая вибрация передается через опорные поверхно­сти на все тело сидящего или стоящего человека. Локальная виб­рация' передается на руки или отдельные участки тела человека, контактирующие с вибрирующим инструментом или вибрирую­щими поверхностями технологического оборудования.

По направлению действия вибрация подразделяется на:

• вертикальную вибрацию;

• горизонтальную вибрацию — от спины к груди;

• горизонтальную вибрацию — от правого плеча к левому плечу.

Направление действия вертикальной и горизонтальной виб­рации на человека представлено на рис. 2.13.

По временным характеристикам вибрации подразделяются на:

• постоянные вибрации, для которых величина виброскоро­сти изменяется не более чем на 6 дБ;

• непостоянные вибрации, для которых величина виброскорости изменяется не менее чем на 6 дБ; при этом непосто­янные вибрации дополнительно различаются на колеблю­щиеся, для которых уровень виброскорости изменяется во времени непрерывно; прерывистые, когда контакт челове­ка с вибрирующей поверхностью прерывается, причем длительность интервалов в течение которых имеет место контакт с вибрацией не превышает 1 с; импульсные —- со­стоящие из одного или нескольких вибрационных воздей­ствий, каждый длительностью менее 1 с.

По спектру вибрации подразделяются на:

• узкополосные, у которых уровни виброскорости на отдель­ных частотах или диапазонах частот более чем на 15 дБ превышают значения в соседних диапазонах;

• широкополосные, у которых отсутствуют выраженные час­тоты или узкие диапазоны частот, на которых уровни виб­роскорости превышают более чем на 15 дБ уровни сосед­них частот.

Кроме того, по частотному спектру вибрации подразделяют на: низкочастотную (f_cr = 8, 16 Гц для локальной вибрации и 1, 4 Гц для общей вибрации); среднечастотную (f_QT = 31,5, 63 Гц для

локальной и- 8, 16 Гц для общей); высокочастотную (f_cr= 125, 250, 500, 1000 Гц для локальной и 31,5, 63 Гц — для общей).

По источнику возникновения общая вибрация подразделяется на несколько категорий:

• категория 1 — транспортная вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах транспортных средств при их движении по местности;

• категория 2 — транспортно-технологическая вибрация, воз­действующая на человека на рабочих местах машин с огра­ниченной зоной перемещения при их перемещении по специально подготовленным поверхностям производст­венных помещений, промышленных площадок;

• категория 3 — технологическая вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах стационарных машин и тех­нологического оборудования или передающаяся на рабо­чие места, не имеющие источников вибрации.

Воздействие вибрации на организм человека. Вибрация отно­сится к вредным факторам, обладающим высокой биологиче­ской активностью. Действие вибрации на человека зависит от частоты и уровня вибрации, продолжительности воздействия, места приложения вибрации, направления оси вибрационного воздействия, индивидуальных способностей организма человека воспринимать вибрацию, условий возникновения резонанса и ряда других условий. Колебательные процессы присущи живому организму, в частности человеку — ритмичные колебания серд­ца, крови, биотоков мозга. Внутренние органы человека (печень, почки, желудок, сердце и т. д.) можно рассматривать как колеба­тельные системы с упругими связями. Собственная частота внут­ренних органов f_Q = 3...6 Гц. Собственная частота головы челове­ка относительно плечевого пояса — 25...30 Гц, относительно ос­нования, на котором находится человек, — 4...6 Гц. При совпадении собственных частот внутренних органов человека и отдельных частей его тела с частотой вынужденной вибрации возникает явление резонанса, при котором резко возрастает ам­плитуда колебаний органов и частей тела. При этом могут воз­никнуть болевые ощущения в отдельных органах (которые, на­пример, могут наблюдаться при длительной езде по ухабистой дороге на машине с плохой амортизацией), а при очень высоких уровнях вибрации — даже травмы, разрывы связок, артерий. Яв­ление резонанса для человека возникает при низкочастотной вибрации. Колебания с частотой менее 0,7 Гц получили название качки. Качка не вызывает серьезных нарушений в организме человека, но происходят нарушения в вестибулярном аппарате человека, а у людей со слабым вестибулярным аппаратом может возникнуть так называемая морская болезнь, при которой возни­кает головокружение, тошнота, рвота. После прекращения качки это состояние через некоторое время исчезает.

При частотах вибрации менее 16 Гц кроме явлений резонан­са у человека возникает подавленное состояние, чувство страха, тревоги, угнетается центральная нервная система. При воздейст­вии вибрации в организме человека происходят функциональ­ные и физиологические изменения, представленные в табл. 2.2.

Таблица 2.2. Изменения в организме человека при воздействии вибрации

Вибрационная болезнь (виброболезнь) — профессиональное за­болевание, вызванное длительным воздействием на организм вибрации. Впервые виброболезнь описана итальянским врачом Дж. Лоригой в 1911 г.

Таблица 2.3. Симптомы стадий виброболезни

Клинические симптомы периферической виброболезни: спазмы периферических сосудов на фоне вегетативного полиневрита; признаки: приступы побеления пальцев (синдром «мертвых», «белых» пальцев), ослабление подвижности и боли в руках в по­кое и ночное время, потеря чувствительности пальцев и подвиж­ности в суставах (синдром «деревянных» пальцев), гипертрофия мышц и костей рук.

Клинические симптомы церебральной виброболезни: на началь­ной стадии — общемозговые сосудистые нарушения, затем -функциональные расстройства центральной нервной системы (вестибулярный синдром); на поздней стадии — органическое поражение головного мозга, вегето-сосудистые расстройства.

При церебральной и периферической виброболезни возни­кают побочные патологические изменения органов внутренней секреции, вестибулярного аппарата и т. д.

Виброболезнь длительное время может протекать компенсировано (незаметно для человека). Различают три стадии разви­тия виброболезни.

Вибрационная болезнь регистрируется у водителей транс­порта, операторов транспортно-технологических машин и агре­гатов, работающих с ручным виброинструментом (перфоратора­ми, отбойными молотками и т. д.), формовщиков, бурильщиков, заточничков, рихтовщиков.

К факторам производственной среды, усугубляющим вред­ное воздействие вибрации на организм человека, относятся по­вышенные мышечные нагрузки, неблагоприятные микроклима­тические условия (прежде всего пониженная температура и по­вышенная влажность), шум высокой интенсивности, который, как правило, сопровождает вибрацию, психо-эмоциональная на­пряженность. Охлаждение и смачивание рук значительно повы­шает риск развития вибрационной болезни за счет усиления со­судистых реакций.

Гигиеническое нормирование вибрации. Нормирование вибрации осуществляется по ГОСТ 12.1.012—90 и СН 2.2.4/2.1.8.566-96. Устанавливаются допустимые значения виброскорости и виб­роускорения, а также их логарифмические уровни. Допустимые значения устанавливаются отдельно для общей и локальной виб­рации. Общая вибрация нормируется в диапазонах октавных по­лос со среднегеометрическими значениями частот 2, 4, 8, 16, 31,5, 63 Гц (для транспортной вибрации дополнительно норми­руется вибрация в октавной полосе cf_cr= 1 Гц). Локальная виб­рация нормируется в диапазонах частот с f_Qr= 16, 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц. Нормы установлены для продолжительности рабочей смены в 8 часов. Допустимые значения уровня вибро­скорости представлены на рис. 2.14 и в табл. 2.4.

Таблица 2.4. Гигиенические нормы вибрации по СН 2.2.4/2.1.8.556-96 (извлечение)