ЗАЩИТА ЧЕЛОВЕКА ОТ ФИЗИЧЕСКИХ НЕГАТИВНЫХ ФАКТОРОВ

Защита человека от физических негативных факторов осуще­ствляется тремя основными методами: ограничением времени пребывания в зоне действия физического поля, удалением от ис­точника поля и применением средств защиты, из которых наи­более распространены экраны, снижающие уровень физического поля.

Эффективность экранирования принято выражать в деци­белах:

где П₀иП- соответственно какой-либо параметр физического поля до и после экрана.

1.1. Защита от вибрации

Амплитуда скорости вибрации (виброскорости) и_т может быть определена по формуле

где F_m — амплитуда возмущающей вибросилы, Н; __-коэффи­циент сопротивления, ____- частота вибрации, Гц; т — масса системы, кг; с — коэффициент жесткости системы, Н/м.

На основе анализа формулы (3.1) можно сделать следующие выводы: для уменьшения виброскорости ~о_т необходимо снижать силу F_m (снижать виброактивность машины) и увеличивать зна­менатель, а именно — повышать сопротивление системы ц и не допускать, чтобы 2nfm = c/2nf. При равенстве этих членов насту­пает явление резонанса и уровень вибрации резко возрастает.

Таким образом, для защиты от вибрации необходимо приме­нять следующие методы:

· снижение виброактивности машин (уменьшение силы F_m);

· отстройка от резонансных частот (2nfm ф c/2nf);

· вибродемпфирование (увеличение ц);

· виброгашение (увеличение т) — для высоких и средних частот;

· повышение жесткости системы (увеличение с) — для низ­ких и средних частот;

· виброизоляция;

· • применение индивидуальных средств защиты.

Снижение виброактивности машин (уменьшение силы F_m) дос­тигается изменением технологического процесса, применением машин с такими кинематическими схемами, при которых дина­мические процессы, вызываемые ударами, резкими ускорениями и т. п. были бы исключены или предельно снижены (например, замена клепки сваркой); хорошей динамической и статической балансировкой механизмов, смазкой и чистотой обработки взаи­модействующих поверхностей; применением кинематических за­цеплений пониженной виброактивности (например, использова­ние шевронных и косозубых зубчатых колес вместо прямозубых); заменой подшипников качения на подшипники скольжения; применением конструкционных материалов с повышенным внут­ренним трением.

Отстройка от резонансных частот (2nfm * c/7nf) заключает­ся в изменении режимов работы машины и соответственно час­тоты возмущающей вибросилы; собственной частоты колебаний машины путем изменения жесткости системы с (например, уста­новка ребер жесткости) или изменения массы т системы (на­пример, закрепление на машине дополнительных масс).

Собственная частота f₀ вибрирующей системы определяется по формуле

Вибродемпфирование (увеличение ц) — это метод снижения вибрации путем усиления в конструкции процессов внутреннего трения, рассеивающих колебательную энергию в результате не­обратимого преобразования ее в теплоту при деформациях, воз­никающих в материалах, из которых изготовлена конструкция. Вибродемпфирование осуществляется нанесением на вибрирую­щие поверхности слоя упруговязких материалов, обладающих большими потерями на внутреннее трение, — мягких покрытий (резина, покрытие «Агат», пенопласт ПХВ-9, мастики ВД17-59, «Антивибрит») и жестких (листовые пластмассы, стеклоизол, гидроизол, листы алюминия); применением поверхностного тре­ния (например, использование прилегающих друг к другу пла­стин, как у рессор), установкой специальных демпферов. При­мером таких демпферов могут являться амортизаторы автомоби­лей, которые подавляют раскачку машины.

Виброгашение (увеличение т) осуществляют путем установки агрегатов на ассивный фундамент (рис. 3.2). Как видно из фор мулы (3.1) виброгашение наиболее эффек­тивно при средних и высоких частотах виб­рации. Этот способ нашел широкое приме­нение при установке тяжелого оборудования (молотов, прессов, вентиляторов, насосов и т. п.).

Одним из способов подавления вибраций является установка динамических виброгаси­телей, представляющих собой дополнитель­ную колебательную систему с массой /я, и жесткостью с,, собственная частота которой где ___ — частота вибра­ции, уровень которой необходимо снизить. Схема динамического виброгасителя показа­на на рис. 3.3. Динамический виброгаситель крепится на вибри­рующем агрегате, поэтому в нем в каждый момент времени возбу­ждаются колебания, находящиеся в противофазе с колебаниями агрегата. Недостатком динамического виброгасителя является то, что он подавляет колебания только определенной частоты, соот­ветствующей его собственной. Такие виброгасители применяют в агрегатах, например турбогенераторах, имеющих характерный, постоянный во времени дискретный спектр вибрации. На рис. 3.4 изображен динамический виброгаситель с двумя степенями сво­боды и схема установки виброгасителя на турбогенераторе. Гру­зики перемещаются по резьбе и фиксируются гайками. Это по­зволяет менять жесткость виброгасителя, а следовательно, его собственную частоту и частоту подавляемых вибраций. Такие виброгасители удобно настраивать на заданную частоту.

Повышение жесткости системы (увеличение с), например путем установки ребер жесткости. Как видно из формулы (3.1) этот способ эффективен только при низких частотах и в ряде случаев средних.

Виброизоляция заключается в уменьшении передачи колеба­ний от источника возбуждения защищаемому объекту при помо­щи устройств, помещаемых между ними. Для виброизоляции чаще всего применяют виброизолирующие опоры типа упругих прокладок, пружин или их сочетания. На рис. 3.5 изображены типовые конструкции пружинных и резиновых виброизолято­ров. Эффективность виброизоляторов оценивают коэффициен­том передачи, равным отношению амплитуды виброперемеще­ния, виброскорости, виброускорения защищаемого объекта или действующей на него силы к соответствующему параметру ис­точника вибрации:

Виброизоляция только в том случае снижает вибрацию, ко­гда КП < 1. Чем меньше КП, тем эффективнее виброизоляция. Для виброизолированных систем, в которых можно принебречь трением:

(3.2)

Где___— частота вынужденных колебаний;____ — собственная час­тота виброизолированной системы. Как видно из приведенной формулы,

только при f/f₀ > л[2 КП < 1, т. е. снижает передачу вибрации на защищаемый объект. По конструктивным и эконо­мическим соображениям существует оптимальное значение f/f_Q = 3...4, что соответствует КП = 1/8... 1/15.

Собственная частота виброизолированной системы f₀ = = 1/2л tJc/гп. Умножив числитель и знаменатель подкоренного

выражения на g — ускорение свободного падения, получим Так как mg — сила тяжести машины, а

mg/c = x_CJ — статическая осадка виброизоляторов под действием силы тяжести машины, то

(3.3)

Т. е. чем больше статическая осадка виброизоляторов под действием веса машины, тем меньше _____, а значит меньше КП и лучше виброизоляция.

Эффективность виброизоляции в дБ можно определить по формуле

(3.4)

Схема расчета виброизоляторов

1.Определяют требуемый уровень снижения вибрации:

где L — уровень вибрации без виброизоляции, дБ; L_доп — допус­тимый по нормативам уровень вибрации.

2. Из формулы (3.4) находим требуемое отношение частот f₀ и требуемое значение собственной частоты виброизолирован­ной системы:

3. Из формулы (3.3) находим требуемую статическую осадку виброизолятора:

4. Далее выбирается материал и определяются параметры виброизолятора. Расчет

определяется типом виброизолятора — пружинный или упругие (резиновые) прокладки.

Например, для упругих прокладок определяют требуемую толщину и площадь одной прокладки:

(Н/м²), ____доп (Н/м²) — соответственно модуль упругости и допустимое удельное напряжение (определяются свойствами ма­териала прокладки), т (кг) — масса вибрирующего агрегата, 7V — число прокладок.

Если в результате расчета получается более 4, расчет ведут для этой величины, но в этом случае не обеспечивается требуемое снижение уровня вибрации и необходимо применять другие мероприятия для ее снижения.

Виброизолироваться может источник вибрации или рабочее место обслуживающего установку персонала. На рис. 3.6 и 3.7 показаны примеры виброизоляции рабочего места и источника вибрации — вентиляционной установки.

Для защиты от вибрации человека-оператора применяются разнообразные средства. На рис. 3.8 представлена схема разме­щения средств виброзащиты оператора, а на рис. 3.9 дана клас­сификация средств защиты оператора.

Средства коллективной защиты (СКЗ) располагаются между источником вибрации и оператором. К СКЗ оператора относят­ся подставки, сидения, кабины, рукоятки.

Виброзащитные подставки — наиболее приемлемые средства защиты от общей вибрации при работе стоя. Основной частью подставки является опорная плита, на которой стоит и выполняет работу оператор.

Рис. 3.7. Устройство виброизоляции вентиляционной установки: 1 — опорная плита; 2— виброизоляторы; 3— крышка корпуса; 4 — подвижная часть корпуса; 5— пружина; 6— неподвижная часть корпуса; 7— виброизолирующая прокладка

Средства виброизоляции могут размещаться сверху плиты, снизу плиты или с обеих сторон одновременно. В зависимости от принятой схемы их взаимного расположения виброзащитные подставки изготавливают с опорными, встроен-

Рис. 3.9. Средства виброзащиты операторов

ными, накладными или комбинированными виброизоляторами (рис. 3.10). На практике применяются различные конструктив­ные схемы подставок: с резиновыми и пневмобаллонными виб­роизоляторами (рис. 3.11), с пружинными виброизоляторами (рис. 3.12).

Виброзащитные сидения применяют, если оператор выполня­ет работу сидя. Подвижные рабочие места, расположенные на транспортных машинах и перемещающихся технологических аг­регатах, оснащают сидениями со встроенными средствами виб­роизоляции. Отдельные конструктивные варианты виброзащит­ных сидений представлены на рис. 3.13.

Виброзащитные кабины используют в тех случаях, когда на человека-оператора воздействует не только вибрация, но другие негативные факторы: шум, излучения, химические вещества и т. д. Виброзащитная кабина в отличии от обычных кабин, защи­щающих человека от вредных факторов, устанавливается на виброизолирующих опорах. В зависимости от действующих одно­временно с вибрацией вредных факторов виброзащитные каби­ны могут быть шумовиброзащитными, пылевиброзащитными и т. п.

Рис. 3.13. Виброзащитные сиденья с виброизоляторами: а — упругая накладка; б — упругие опоры; в — пружины, встроенные в опору; г — упругие подвески

На рис. 3.14 представлена одна из таких кабин.

Рис. 3.14. Шумовиброзащитная кабина для оператора компрессорной станции: 1 — пневматические виброизоляторы; 2 — основание кабины; 3 — корпус каби­ны; 4 — стол оператора; 5 — кондиционер; б — вешалка для одежды

Виброзащитные рукоятки предназначаются для защиты от локальной вибрации рук оператора. Конструктивные схемы виб­розащитных рукояток представлены на рис. 3.15.

По месту расположения виброизоляторов рукоятки класси­фицируются на:

• рукоятки с промежуточными виброизоляторами, в кото­рых виброизоляторы расположены между корпусом руч­ной машины и рукояткой, охватываемой рукой оператора (рис. 3.15, а);

Виброзащитная обувь изготовляется в виде сапог, полусапог, полуботинок как мужских, так и женских, и отличается от обыч­ной обуви наличием подошвы или вкладыша из упругодемпфирующего материала (рис. 3.18).