Негативные физические (энергетические) факторы техносферы и их воздействие на человека

Для того чтобы выбирать средства и методы защиты от нега­тивных факторов, необходимо знать их основные характеристи­ки и действие на человека. Полностью исключить воздействие на человека негативных факторов практически невозможно как с технической, так и с экономической точек зрения. Иногда это и нецелесообразно, так как даже в естественной природной сре­де человек подвергается их воздействию — на нашей планете су­ществует естественный радиационный и электромагнитный фон, в воздухе и воде содержатся вредные вещества, выделяемые при­родными источниками и т. д.

В рабочей зоне необходимо обеспечить такие уровни негативных факторов, которые не вызывают ухудшения состояния здоровья человека, заболеваний. Для исключения необратимых изменений в организме человека медики-гигиенисты ограничивают воздействие негативных факторов предельно допустимыми уровнями.

Предельно допустимый уровень (ПДУ) — это максимальное значение негативного фактора, который воздействуя на человека (изолированно или в сочетании с другими факторами) в течение рабочей смены, ежедневно, на протяжении всего периода трудового стажа, не вызывает у него и у его потомства биологических изменений, в том числе заболеваний, а также психических нарушений (снижения интеллектуальных и эмоциональных способ­ностей, умственной работоспособности).

Для химической группы негативных факторов предельно до­пустимые уровни выступают в виде предельно допустимых кон­центраций (ПДК).

При установлении ПДУ (ПДК) руководствуются следующи­ми основными принципами:

• приоритетность всех медицинских и биологических по­казаний перед прочими подходами (техническая дости­жимость, экономические возможности, целесообразность и пр.);

• пороговость всех типов действия негативных факторов, т. е. признание существования порога воздействия нега­тивного фактора, ниже которого не наблюдается никакого отрицательного влияния (следует заметить, что для ряда негативных факторов, в частности радиации, принцип пороговости подвергается сомнению).

ВИБРАЦИЯ

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 — это малые механические колебания, возникаю­щие в упругих телах.

Источниками вибрации могут являться:

• возвратно-поступательные движущиеся системы — кривошипно-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 (v, 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 Вебера—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:

L_v = 10 lg(v² / v₀²) = 20 lg(v / v₀), L_а = 10 lg(а/ а₀).

Измеряются уровни в специальных единицах — децибелах (ДБ). За пороговые значения виброскорости и виброускорения приняты стандартизованные в международном масштабе вели­чины:

v₀ = 5 ∙ 10 ^-8 м/с, а₀ = 3 ∙10 ^-4 м/с².

Важной характеристикой вибрации является его частота (f) — 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 Т (с): Т = 1/ f. 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:

v= 2π fA, a=(2 π f)²A,

где: π = 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 f₁ вдвое больше нижней граничной частоты f₂, f₁ / f₂ = 2. Октавная полоса характеризуется ее среднегеомет­рической частотой.

Среднегеометрические частоты октавных полос частот виб­рации стандартизованы:

f_СГ =

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. 1.18). Производственную виб­рацию классифицируют по следующим признакам:

• способ передачи вибрации;

• направление действия вибрации;

• временная характеристика вибрации;

• характер спектра вибрации;

• источник возникновения вибрации.

Рис. 1.18. Классификация производственных вибраций

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. 1.19.

Рис. 1.19. Направление координат осей при действии общей вибрации: а — по­ложение стоя; б — положение сидя; ось Z₀ — вертикальная, перпендикулярная опорной поверхности; ось Х₀ — горизонтальная от спины и груди; ось Y₀ — гори­зонтальная от правого плеча к левому

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 па: низкочастотную (f_СГ = 8, 16 Гц для локальной вибрации и 1, 4 Гц для общей вибрации); среднечастотную (f_СГ = 31,5, 63 Гц для локальной и 8, 16 Гц для общей); высокочастотную (f_СГ = 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 f₀ = 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. 1.3.

Таблица 1.3. Изменения в организме человека при воздействии вибрации

Вид изменений в организме	Симптомы	Результат воздействия
Функциональные	Повышенная утомляемость; увеличение времени двигательных реакций; увеличение времени зрительных реакций; нарушение вестибулярных реакций и координации движений	Снижение производительности и качества труда Возникновение травм, связанных с заторможенной реакцией человека на изменение обстановки
Физиологические	Развитие нервных болезней; нарушение функций сердечно-сосудистой системы; нарушение функций опорно-двигательного аппарата; поражение мышечных тканей и суставов; нарушение функций органов внутренней секреции	Возникновение виброболезни

Вибрационная болезнь (виброболезнь) — профессиональное за­болевание, вызванное длительным воздействием на организм вибрации. Впервые виброболезнь описана итальянским врачом Дж. Лоригой в 1911 г. (Табл. 1.4.)