10.3. Гигиеническое нормирование вибрации. Снижение негативного воздействия вибрации.

Для минимизации негативного воздействия вибрации на организм человека осуществляется гигиеническое нормирование вибраций [5, 8, 9, 10, 11].

Нормативные документы устанавливают: классификацию вибраций, методы гигиенической оценки, нормируемые параметры и их допустимые значения, режимы труда лиц виброопасных профессий, подвергающихся воздействию локальной вибрации, требования к обеспечению вибробезопасности и к вибрационным характеристикам машин.

Гигиеническая оценка постоянной и непостоянной вибрации, воздействующей на человека, производится следующими методами [5,10]:

- частотным (спектральным) анализом нормируемого параметра;

- интегральной оценкой по частоте нормируемого параметра;

- интегральной оценкой с учетом времени вибрационного воздействия по эквивалентному (по энергии) уровню нормируемого параметра.

Нормируемый диапазон частот устанавливается:

- для локальной вибрации в виде октавных полос со среднегеометрическими частотами: 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц;

- для общей вибрации в виде октавных или 1/3 октавных полосах со среднегеометрическими частотами 0,8; 1; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 31,5; 40,0; 50,0; 63,6; 80,0 Гц.

При частотном (спектральном) анализе нормируемыми параметрами являются средние квадратические значения виброскорости (v) и виброускорения (а) или их логарифмические уровни (L_v, L_a), измеряемые в 1/1 и 1/3 октавных полосах частот.

Логарифмические уровни виброскорости (L_v), в дБ, определяют по формуле:

где v - среднее квадратическое значение виброскорости, м/с; 5·10^-8 - опорное значение виброскорости, м/с.

Логарифмические уровни виброускорения (L_a), в дБ, определяют по формуле:

где а - среднее квадратическое значение виброускорения, м/с²; 1·10^-6 - опорное значение виброускорения, м/с².

Предельно-допустимые уровни общей и локальной вибрации на рабочих местах, условия и правила измерений и оценки регламентируются соответствующими документами [5, 10]. При гигиенической оценке вибраций нормируемыми параметрами являются средние квадратичные значения виброскорости (и их логарифмические уровни) или виброускорения для локальных вибраций в октавных полосах частот, а для общей вибрации – в октавных или треть октавных полосах. Допускается интегральная оценка вибрации во всем частотном диапазоне нормируемого параметра, а также по дозе вибрации с учетом времени воздействия.[5, 10].

В производственных условиях устранение вибраций должны начинаться на стадии конструирования машин и проектирования технологических процессов. Предпочтение должно отдаваться кинематическим и технологическим схемам, при которых динамические процессы, вызывающие вибрацию, должны быть по возможности устранены (замена кулачковых и кривошипных механизмов равномерно вращающимися). Применение гидропривода в механизмах в значительной мере способствует снижению вибраций. Для снижения уровня вибраций редукторов целесообразно применять шестерни со специальными видами зацеплений – глобоидными, шевронными, двушевронными, вместо обычных шестерен с прямым зубом. Большое значение при этом имеет повышение класса точности обработки и уменьшение шероховатости контактирующих поверхностей. Особое внимание следует придавать выбору рабочих режимов механизмов. Для снижения уровня вибраций шпиндельных узлов вместо подшипников качения желательно использовать подшипники скольжения. Причиной низкочастотных вибраций насосов, компрессоров, двигателей является неуравновешенность вращающихся элементов. Устранение неуравновешенности вращающихся масс достигается балансировкой [6]. Для ослабления вибраций существенное значение имеет исключение резонансных режимов работы, т.е. отстройки собственных частот агрегата и его отдельных узлов и деталей от частоты вынуждающей силы. Резонансные режимы при работе технологического оборудования устраняют либо изменением характеристик системы (массы или жесткости), либо установлением нового рабочего режима.

Одним из эффективных методов уменьшения вибрации является вибродемпфирование, которое заключается в превращении энергии механических колебаний данной колеблющейся системы в тепловую энергию. Это достигается, например, за счет применения материалов с большим внутренним трением или нанесением на вибрирующие поверхности упруго-вязких материалов, обладающих большими потерями на внутреннее трение. Хорошо демпфируют колебания смазочные материалы. Например, масляная ванна значительно снижает уровень вибраций зубчатых зацеплений редукторов.

Следующим эффективным методом борьбы с вибрацией служит виброизоляция. Виброизоляция – это способность препятствовать (в том числе стен, полов, потолков, механизмов и т.д.) распространению по ним волны колебательной энергии. Для виброизоляции машины (механизма) необходимо установить ее на виброизоляторы, а также виброизолировать подходящие к ней коммуникации.

Одним из способов эффективного подавления вибрации является так называемое динамическое гашение. Принцип динамического гашения вибрации состоит в присоединении к объекту виброзащиты дополнительных устройств с целью изменения его вибрационного состояния в основном без перевода колебательной энергии в тепловую.

Широкое распространение в промышленности получили так называемая активная виброзащита, которая предусматривает введение дополнительного источника энергии, осуществляющего обратную связь изолируемого объекта и системы виброизоляции, позволяющего регулировать по времени характеристики последней. Это приводит к быстрому затуханию колебаний в виброизолированной системе при внешних воздействиях. Таким образом, активная виброзащита заключается во введении в систему дополнительных колебаний того же типа, той же амплитуды, но отличающихся по фазе на 180С. В сравнении с другими, описанными выше методами борьбы с вибрацией активная виброизоляция более сложна, так как в твердотельных конструкциях обычно присутствуют различные типы колебаний (изгибные, продольные, сдвиговые и другие волны). Серьезным ограничением применения активной виброзащиты является невозможность обеспечения широкой частотной полосы гашения. При расширении рабочей полосы частот возникают условия для положительной обратной связи и вместо ослабления, наступает неустойчивая работа системы и даже самовозбуждение на некоторых частотах. В качестве дополнительных источников для активной виброзащиты используют гидравлические, пневматические, электромеханические и электромагнитные системы.

Широкое применение метода активной виброзащиты сдерживается невозможностью обеспечения широкой частотной полосы гашения, сложностью аппаратуры, однако в ряде частных случаев, особенно когда речь идет о необходимости снизить вибрацию на дискретных частотах, применение активных методов компенсации может быть целесообразно по техническим, конструктивным и экономическим соображениям.

Наряду с общими средствами широко используются средства индивидуальной защиты. Эти средства защиты от вибрации можно разделить на средства защиты отдельных органов и всего организма человека в целом. [7, 8, 9, 10,11]. К средствам индивидуальной защиты относятся рукавицы, перчатки, виброзащитные прокладки и пластины, которые снабжены креплениями на руке. Для профилактики вибрационной болезни, работникам рекомендуется специальный режим труда. Так, при работе с ручными машинами [2, 3, 4], удовлетворяющими требованиям санитарных норм, суммарное время работы в контакте с вибрацией не должно превышать 2/3 рабочей смены. При этом продолжительность одноразового непрерывного воздействия вибрации, включая микро паузы, входящие в данную операцию, не должна превышать для ручных машин 15-20 мин. Для работающих в условиях вибрации при наличии других неблагоприятных факторов (шума, температуры, вредных веществ, излучений и др.), превышающих санитарные нормы, режимы труда и отдыха должны устанавливаться на основе изучения изменения работоспособности.

Выводы

1. Увеличение производительности, рост мощности и быстроходности транспортных средств и технологического оборудования, уменьшение статических нагрузок на человека, сопровождается нежелательным побочным эффектом – усилением вибрации.

2. Вибрации являются физическим фактором, который воздействует на человека путем передачи механической энергии от источника колебаний.

Причиной возникновения вибрации являются возникающие при работе машин и агрегатов неуравновешенные силовые воздействия. В одних случаях их источником являются возвратно-поступательные движущиеся системы, в других – неуравновешенные вращающиеся массы.

Воздействие вибрации зависит от физических параметров колебательного процесса и от продолжительности контакта между телом и вибрирующими поверхностями.

3. Систематическое воздействие общих вибраций, характеризующихся высоким уровнем виброскорости, особенно в сочетании с другими вредными факторами (холод, шум, статические нагрузки), может быть причиной вибрационной болезни – стойких нарушений функций организма, обусловленных преимущественно воздействием вибраций на центральную нервную систему.