Билет №28

«Методы расчета искусственного освещения»

При проектировании искусственного освещения необходимо выбрать тип источника света, систему освещения, вид светильника; наметить целесообразную высоту установки светильников и размещения их в помещении; определить число светильников и мощность ламп, необходимых для создания нормируемой освещенности на рабочем месте, и в заключение проверить намеченный вариант освещения на соответствие его нормативным требованиям.

Расчет общего равномерного искусственного освещения горизонтальной рабочей поверхности выполняется методом коэффициента использования светового потока. Световой поток (лм) одной лампы или группы люминесцентных ламп одного светильника

Ф_К = E_НSzk₃/(n_И),

где Eн — нормируемая минимальная освещенность по СНиП 23-05—95, лк; S — площадь освещаемого помещения, м²; z —- коэффициент неравномерности освещения; обычно z — 1,1... 1,2; k₃ — коэффициент запаса, зависящий от вида технологического процесса и типа применяемых источников света; обычно k₃ = 1,3... 1,8; п — число светильников в помещении; _И — коэффициент использования светового потока.

Коэффициент использования светового потока, давший название методу расчета, определяют по СНиП 23-05—95 в зависимости от типа светильника, отражательной способности стен и потолка, размеров помещения, определяемых индексом помещения

j = AB/[H(A+B)],

где А и В — длина и ширина помещения в плане, м; Н — высота подвеса светильников над рабочей поверхностью, м.

По полученному в результате расчета световому потоку по ГОСТ 2239—79* и ГОСТ 6825—91 выбирают ближайшую стандартную лампу и определяют необходимую электрическую мощность. При выборе лампы допускается отклонение светового потока от расчетного в пределах 10...20 %.

Для поверочного расчета местного освещения, а также для расчета освещенности конкретной точки наклонной поверхности при общем локализованном освещении применяют точечный метод. В основу точечного метода положено уравнение

E_A = I_cos/r²,

где Е_А — освещенность горизонтальной поверхности в расчетной точке А, лк; I_а — сила света в направлении от источника к расчетной точке А; определяется по кривой распределения светового потока выбираемого светильника и источника света;  — угол между нормалью к поверхности, которой принадлежит точка, и направлением вектора силы света в точку А; r — расстояние от светильника до точки А, м.

Учитывая, что r = H/cos и вводя коэффициент запаса k₃, получим Е_А = I_acos³/(Hk₃). Критерием правильности расчета служит неравенство Е_А  Eн.

Метод удельной мощности является наиболее простым, но и наименее точным, поэтому его применяют только при ориентировочных расчетах. Этот метод позволяет определить мощность каждой лампы Р_л (Вт) для создания в помещении нормируемой освещенности:

Р_Л = рS/n,

где р — удельная мощность, Вт/м²; S — площадь помещения; п — число ламп в осветительной установке. Значения удельной мощности приводят в соответствующих таблицах в зависимости от уровня освещенности, площади помещения, высоты подвеса и типа светильников.

Билет №29

«Физические характеристики вибрации»

Вибрация – механические колебания упругих тел при низких частотах (1 – 100 Гц), передаются на человека через конструкцию машин, фундамент, пол.

Основными параметрами вибраций, происходивши по синусоидальному закону, являются: амплитуда виброперемещения х_т, амплитуда колебательной скорости v_m, амплитуда колебательного ускорения а_т, период колебаний Т, частота f, связанная с периодом колебаний соотношением f=1/Т.

Вибросмещение в случае синусоидальных колебаний определяют по формуле x=x_msin(t+), где  — угловая частота ( = 2f);  — начальная фаза вибросмещения. В большинстве случаев начальная фаза в задачах охраны труда значения не имеет и может не учитываться.

В общем случае физическая величина, характеризующая вибрацию (например, виброскорость), является некоторой функцией времени: v=v(t)- Математическая теория показывает, что такой процесс можно представить в виде суммы бесконечно длящихся синусоидальных колебаний с различными периодами и амплитудами. В случае периодического процесса частоты этих составляющих кратны основной частоте процесса: f_n=nf₁ (n=1, 2, 3,...,f₁—основная частота процесса).

Амплитуды гармоник определяют по известным формулам разложения в ряд Фурье. Если же процесс не имеет определенного периода (случайные или кратковременные одиночные процессы), то число таких синусоидальных составляющих становится бесконечно большим, а их частоты распределяются непрерывным образом, при этом амплитуды определяют разложением по формуле интеграла Фурье.

Таким образом, спектр периодического или квазипериодического колебательного процесса является дискретным (рис. 34, а, б), а случайного или кратковременного одиночного процесса — непрерывным (рис. 34,в), Чаще всего в дискретном спектре наиболее ярко выражена основная частота колебаний. Если процесс представляет собой сложение нескольких периодических процессов, частоты отдельных составляющих в его спектре могут быть не кратными друг другу, т. е. имеет место квазипериодический процесс (рис. 34,6). Если же процесс есть результат суммирования нескольких периодических и случайных процессов, спектр его является смешанным, т. е. изображается в виде непрерывного и дискретного спектров, наложенных друг на друга.

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 усреднения T_y которое выбирают с учетом характера изменения виброскорости во времени:

Таким образом, для характеристики вибрации используют спектры действующих значений параметров или средних квадратов последних . 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 п — число составляющих в спектре. В соответствии с этим результирующее действующее значение указанного параметра определяется выражением

.

Изображение непрерывного спектра требует обязательной оговорки о ширине f 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

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 полосах частот.

В третьоктаве . Среднегеометрические частоты октавных полос частот вибраций стандартизованы и составляют 1, 2, 4, 16, 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц.

Учитывая, что абсолютные значения параметров, характеризующих вибрацию, изменяются в очень широких пределах, в практике виброакустических исследований используют понятие логарифмического уровня колебаний. Логарифмический уровень колебаний — характеристика колебаний, сравнивающая две одноименные физические величины, пропорциональные десятичному логарифму отношения оцениваемой и исходного значения величины. В качестве последнего в охране труда используются опорные значения параметров, принятые за начало отсчета. Измеряются уровни в децибелах (дБ). Уровень виброскорости определяют по формуле

,

где — средний квадрат виброскорости берется в соответствующей полосе частот; v₀ — пороговое значение виброскорости, м/с, равное 5-10^-8 м/с, стандартизованное в международном масштабе.

Спектры уровней виброскорости являются основными характеристиками вибраций. Снижение уровня вибраций определяют разностью , где L_v1 и L_v2 — соответственно уровни вибраций до и после проведения мероприятий по их уменьшению.

Билет №30

«Воздействие вибрации на человека. Нормирование вибрации»

Различают общую и локальную вибрации. Общая вибрация вызывает сотрясение всего организма, местная вовлекает в колебательное движение отдельные части тела. Общей вибрации подвергаются транспортные рабочие, операторы мощных штампов, грузоподъемных кранов и некоторых других видов оборудования. Локальной вибрации подвергаются работающие с ручным электрическим и пневматическим механизированным инструментом (зачистка сварных швов, обрубка отливок, клепка, шлифование и т. п.). В ряде случаев работающий может подвергаться одновременно воздействию общей и локальной вибрации (комбинированная вибрация), например, при работе на строительно-дорожных машинах и транспорте.

Общая вибрация с частотой менее 0,7 Гц (качка) хотя и неприятна, но не приводит к вибрационной болезни. Следствием такой вибрации является морская болезнь, происходящая из-за нарушения нормальной деятельности органов равновесия (вестибулярного аппарата) по причине резонансных явлений.

Различные внутренние органы и отдельные части тела (например, голову и сердце) можно рассматривать как колебательные системы с определенной массой, соединенные между собой «пружинами» с определенными упругими свойствами и параллельно включенными сопротивлениями. Очевидно, что такая система обладает рядом резонансов, частоты которых, определяющие субъективное восприятие вибраций, зависят также от положения тела работающего (работа стоя или сидя).

Собственные частоты 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. Колебания рабочих мест с указанными частотами весьма опасны, так как могут вызвать механическое повреждение или даже разрыв этих органов. Систематическое воздействие общих вибраций, характеризующихся высоким уровнем виброскорости, может быть причиной вибрационной болезни — стойких нарушений физиологических функций организма, обусловленных преимущественно воздействием вибраций на центральную нервную систему. Эти нарушения проявляются в виде головных болей, головокружений, плохого сна, пониженной работоспособности, плохого самочувствия, нарушений сердечной деятельности.

Вибрация может не вызывать болезненных ощущений, но затруднить проведение производственных процессов.

Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов, которые начинаются с концевых фаланг пальцев и распространяются на всю кисть, предплечье, захватывают сосуды сердца. Вследствие этого происходит ухудшение снабжения конечностей кровью. Одновременно наблюдается воздействие вибрации на нервные окончания, мышечные и костные ткани, выражающееся в нарушении чувствительности кожи, окостенении сухожилий мышц и отложениях солей в суставах кистей рук и пальцев, что приводит к болям, деформациям и уменьшению подвижности суставов. Все указанные изменения усиливаются в холодный и уменьшаются в теплый период года. При, локальной вибрации наблюдаются нарушения деятельности центральной нервной системы, как и при общей вибрации.

Виброболезнь относится к группе профзаболеваний, эффективное лечение которых возможно лишь на ранних стадиях. Восстановление нарушенных функций протекает очень медленно, а в особо тяжелых случаях в организме наступают необратимые изменения, приводящие к инвалидности.

Различают гигиеническое и техническое нормирование вибраций.

В первом случае производят ограничение параметров вибрации рабочих мест и поверхности контакта с руками работающих, исходя из физиологических требований, исключающих возможность возникновения вибрационной болезни. Во втором случае осуществляют ограничение параметров вибрации с учетом не только указанных требований, но и технически достижимого на сегодняшний день для данного вида машин уровня вибрации. При этом учитывают условия установки и режим работы стационарного виброактивного технологического оборудования в цехах, условия эксплуатации ручного механизированного инструмента.

В соответствии с ГОСТ 12.1.012—78* «Система стандартов безопасности труда. Вибрация, общие требования безопасности» установлены допустимые значения и методы оценки гигиенических характеристик вибраций, определяющих ее воздействие на человека. Нормируемыми параметрами при гигиенической оценке вибраций являются средние квадратические значения виброскоростей v (и их логарифмические уровни L_v) или виброускорения для локальных вибраций в октавных полосах частот, а для общей вибрации в октавных или ⅓ октавкых полосах. Возможна интегральная оценка вибраций по частоте нормируемого параметра, а также по дозе вибрации.

Вибрация, воздействующая на человека, нормируется отдельно в каждой стандартной октавной полосе, различно для общей и локальной вибраций. Общая вибрация нормируется с учетом свойств источника ее возникновения и делится на вибрацию:

1) транспортную, которая возникает в результате движения машин по местности и дорогам (в том числе при их строительстве);

2) транспортно-технологическую, которая образуется при работе машин, выполняющих технологическую операцию в стационарном положении и (или) при перемещении по специально подготовленной части производственного помещения, промышленной площадке или горной выработке;

3) технологическую, которая возникает при работе стационарных машин или передается на рабочие места, не имеющие источников вибраций. Наиболее высокие требования предъявляются при нормировании технологических вибраций в помещениях для умственного труда, а также в цехах без источников вибраций.

Нормы по ограничению общих вибраций, т. е. вибраций рабочих мест (пола, оснований машин, сидений и т. п.), устанавливают величину логарифмического уровня колебательной скорости в октавных диапазонах со среднегеометрическими значениями 2, 4, 8, 16, 32, 63 Гц¹,.а нормы по ограничению локальной вибрации — в октавных полосах частот со среднегеометрическими значениями 16, 32, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц.

Гигиенические нормы вибрации установлены для длительности рабочей смены 8 ч.

Для видов вибрации (или особых условий ее воздействия), не нашедших отражение в ГОСТ 12.1.012—78* (например, при совместном действии локальной и общей вибрации, шума и вибрации и др.), допустимые величины уровня вибраций должны быть приведены в стандартных или технических условиях на конкретные виды оборудования.

Исходя из требований ГОСТ 12.1.012—78* по ограничению местной вибрации, разработан стандарт (ГОСТ 17770—72*. «Машины ручные. Допустимые уровни вибрации»), устанавливающий допустимые логарифмические уровни среднеквадратичной скорости вибраций в октавных полосах частот для основных типов ручных машин. Он охватывает машины ударного, ударно-поворотного, ударно-вращательного действия, предназначенные для разрушения горных пород (отбойные молотки, горные сверла, перфораторы), а также машины ударного, ударно-поворотного, ударно-вращательного действия для промышленности и строительства (шлифовальные машины, рубильные молотки, клепальные молотки, трамбовки, бетоноломы, электрические перфораторы, сверлильные машины, гайковерты и т. д.).

Технические характеристики вибрации, определяемые по ГОСТ 17770—72* (СТ СЭВ 715—77), позволяют производить объективное сравнение отдельных модификаций ручных машин по фактору вибрации и осуществлять их контроль по вибрационному фактору как на заводах-изготовителях, так и в процессе эксплуатации.

Имеются стандарты на методы измерения вибрационных параметров ручных машин и на средства вибрационных испытаний отдельных типов ручных машин (ГОСТ 16519—78 «Машины ручные. Методы измерения вибрационных параметров», ГОСТ 16844—80 «Средства испытаний пневматических электрических молотков. Технические требования»).