38. Основные физические характеристики вибраций

В соответствии с ГОСТ 24346-80 (СТ СЭВ 1926-79) под вибрацией принято понимать движение точек или механической системы, при котором происходит поочередное возрастание и убывание во времени значений, по крайней мере, одной координаты.

Причиной вибрации являются возникающие при работе машин и агрегатов неуравновешенные силовые воздействия.

Их источниками могут быть:

возвратно-поступательно движущиеся системы (кривошипно-шатунный механизм в двигателях, компрессорах; боек в ручных перфораторах; агрегаты виброформования и т. п.);

неуравновешенные вращающиеся массы (ручные шлифовальные машины, режущий инструмент станков и т. п.);

иногда вибрации создаются ударами деталей (зубчатые зацепления, подшипники, клепальный инструмент и т. п.).

Наличие дисбаланса приводит к появлению неуравновешенных сил, вызывающих вибрацию.

Причиной дисбаланса может явиться неоднородность материала вращающегося тела, несовпадение центра массы тела с осью его вращения, деформация деталей от неравномерного нагрева и т. п.

Основными параметрами, характеризующими вибрацию, являются амплитудные значения смещения х_m, виброскорости υ_m и виброускорения а_m, период колебаний Т, частота f.

^{Ввиду спе}цифичности органов чувств определяющими при воздействии вибраций на человека являются средние квадратичные значения виброскорости υ, обусловленные действием мгновенных значений виброскорости υ(τ) и определяемые за время усреднения Т^{у по формуле:}

.

Учитывая, что абсолютные значения параметров, характеризующих вибрацию, изменяются в очень широких пределах, в практике виброакустических исследований пользуются понятием логарифмического уровня колебаний.

Так, уровень виброскорости это десятичный логарифм отношения квадрата виброскорости к квадрату ее порогового значения.

Вычисляют уровни виброскорости в децибелах (дБ) по формуле

где υ₀ - пороговое значение виброскорости, равное 5∙10^-8 м/с и соответствующее пороговому звуковому давлению 2∙10^-5 Н/м.

Аналогично вычисляют уровень вибросмещения

где х₀ = 8∙10^-12 м - пороговое значение вибросмещения,

и уровень виброускорения

где а₀ = 3^.10^-4 м/с² - пороговое значение виброускорения.

В практике виброакустики весь диапазон частот вибрации разбивают на октавные диапазоны.

В каждом октавном диапазоне верхняя граничная частота f_в вдвое больше нижней f_н, то есть f_в/f_н = 2, а средняя геометрическая частота равна .

Средние геометрические частоты октавных полос стандартизованы и равны:

1; 2; 4; 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000 Гц.

Параметры вибрации зависят от частоты колебаний; эта зависимость носит, как правило, сложный характер.

Для ее описания используют спектры вибраций, которые представляют в виде графической зависимости уровня виброскорости L_υ от средней геометрической частоты вибраций f_сг.

Спектр периодического и квазипериодического процесса является дискретным (рис. 3.10, а, б), а случайного или кратковременного одиночного процесса - непрерывным (рис. 3.10, в).

Если 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 (рис. 3.10, г).

Для повышения точности представления спектра вибраций измерение уровня виброскорости нужно производить в третьоктавных полосах частот, для которых справедливо .

Снижение уровня вибрации определяют разностью

ΔL_υ= L_υ1 - L_υ2,

где L_υ1 и L_υ2 - соответственно уровни вибраций до и после проведения мероприятий по их уменьшению.

Измерение вибраций производят в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.034-81 (СТ СЭВ 1931-79) «ССБТ. Вибрация. Общие требования к проведению измерений».

Из многочисленных видов виброизмерительной аппаратуры следует отметить прибор ВШВ-003 со стандартными октавными фильтрами, а также прибор ВИП-2.

Кроме того, широко используют прецизионной виброакустический тракт фирмы «Брюль и Къер» (Дания), а также комплект аппаратуры RFT.

Рис. 3.10. Спектры вибраций:

а - дискретный, б - дискретный квазипериодический; в - непрерывный; г - смешанный

39. Воздействие вибрации на организм человека, ее нормирование

По характеру воздействия на человека вибрации делятся на общие и локальные.

Общие (низкочастотные) вибрации приложены к опорным поверхностям тела человека в положении стоя или сидя, когда вибрация вызывает сотрясение всего организма.

Локальная (высокочастотная) вибрация обычно воздействует на отдельные части тела: руки, ноги человека.

Общей вибрации подвергаются транспортные рабочие, операторы мощных штампов, кузнечнопрессового оборудования, грузоподъемных кранов и т. п.

Общая вибрация с частотой менее 0,7 Гц (качка) хотя и неприятна, но не приводит к вибрационной болезни.

Следствием такой вибрации является морская болезнь, которая наблюдается из-за нарушения нормальной деятельности органов равновесия (вестибулярного аппарата).

Наиболее опасными для человека частотами колебаний являются 6 - 9 Гц вследствие того, что они совпадают с собственной частотой внутренних органов (может наступить явление резонанса).

Колебания рабочих мест с этими частотами весьма опасны, так как могут вызвать механические повреждения или даже разрыв органов.

При систематическом воздействии на человека общей вибрации с частотой более 1 Гц могут возникнуть стойкие нарушения опорно-двигательного аппарата, центральной и периферической нервной системы, системы пищеварения и др.

Они проявляются в виде головных болей, головокружения, плохого сна, пониженной работоспособности, нарушения сердечной деятельности, возможно появление радикулита.

Локальной вибрации подвергаются главным образом лица, работающие с ручным механизированным инструментом.

Такая вибрация вызывает спазмы сосудов, начиная с пальцев, распространяется на всю кисть, предплечье и охватывает сосуды сердца, при этом нарушается снабжение конечностей кровью.

Одновременно локальная вибрация воздействует на нервные окончания, мышечные и костные ткани, что приводит к снижению чувствительности кожи, окостенению сухожилий мышц, отложению солей в суставах пальцев и кистей, вызывающих боли, деформации и уменьшение подвижности суставов.

Наиболее активно отрицательные явления, возникающие под воздействием вибраций, протекают в условиях работы при пониженной температуре.

Комплекс болезненных изменений в организме, вызываемых воздействием вибрации, называют вибрационной болезнью.

Это заболевание эффективно лечится только на ранней стадии.

Тяжелые формы виброболезни приводят к инвалидности.

Взаимодействие организма человека с изменяющимися условиями внешней среды всегда приводит к перестройке его энергетического и материального баланса, сопровождающейся трансформацией внутренней энергии в организме и изменением происходящих в нем обменных процессов, формирующих, в конечном счете, ответную реакцию всего организма на действие внешнего раздражителя.

Вибрация, являясь физически воздействующим фактором, приводит частицы тела в колебательное движение, вызывая изменение их состояния в виде смещения центра тяжести, деформации и возникновения в них внутренних напряжений, что сопровождается затратой механической энергии, получаемой от источника колебаний в зоне контакта тела с вибрирующими поверхностями.

Количество получаемой энергии определяется длительностью воздействия вибраций и величиной мгновенной мощности воздействующего колебательного процесса или же площадью контакта и интенсивностью вибраций, поскольку интенсивность колебательного процесса численно равна его мощности, отнесенной к единице площади, перпендикулярной направлению распространения колебаний.

В условиях разных частот и амплитуд колебаний изменение порогов восприятия при действии вибраций происходит по закону пропорциональности воздействующей колебательной энергии.

Это значит, что адекватным физическим критерием для гигиенической оценки вибрации при прочих равных условиях является колебательная скорость, а не смещение или ускорение.

Различают гигиеническое и техническое нормирование производственных вибраций.

В первом случае производят ограничение параметров вибрации рабочих мест и поверхности контакта с руками работающих, исходя из физиологических требований, исключающих возникновение вибрационной болезни.

Во втором случае осуществляют ограничения параметров вибрации с учетом не только указанных требований, но и технически достижимого на сегодняшний день для данного вида машин уровня вибрации.

Нормируемой величиной как для локальной, так и для общей вибраций по ГОСТ 12.1.012-78* (СТ СЭВ 1932-79 и СТ СЭВ2602-80) является уровень виброскорости в октавных полосах частот (табл. 3.4).

Гигиенические нормы вибрации установлены для длительности рабочей смены 8 ч.

Общая вибрация нормируется с учетом свойств источника ее возникновения и делится на вибрации:

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

транспортно-технологическую, которая возникает при движении подъемных кранов, экскаваторов;

технологическую, которая возникает при работе стационарных машин, станков, вентиляторов, компрессорных и насосных установок или передается на рабочие места, не имеющие источников вибраций.

Для общей и локальной вибрации зависимость допустимого значения виброскорости υ_τ от времени фактического воздействия вибрации, не превышающего 480 мин, определяется по формуле

,

где υ₄₈₀ - допустимое значение виброскорости для длительности воздействия 480 мин (см. табл. 3.4);

максимальное значение υ_τ для локальной вибрации не должно превышать значений, определяемых для τ = 30 мин, а для общей вибрации при τ = 10 мин.

Таблица 3.4

Гигиенические нормы вибраций (по ГОСТ 12.1.012-78*)

Вид вибрации	Допустимый уровень виброскорости, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц
	1	2	4	8	16	31,5	63	125	250	500	1000
Общая транспортная вертикальная	132	123	114	108	107	107	107	-	-	-	-
То же горизонтальная	122	117	116	116	116	116	116	-	-	-	-
Транспортно-техноло- гическая	-	117	108	102	101	101	101	-	-	-	-
Технологическая	-	108	99	93	92	92	92	-	-	-	-
В производственных помещениях, где нет ма- шин, генерирующих ви- брацию	-	100	91	85	84	84	84	-	-	-	-
В служебных помеще- ниях, здравпунктах, кон- структорских бюро, ла- бораториях	-	91	82	76	75	75	75	-	-	-	-
Локальная	-	-	-	115	109	109	109	109	109	109	109

При регулярных перерывах воздействия локальных вибраций в течение рабочей смены допустимые значения уровня виброскорости следует увеличивать на значения, приведенные ниже.

Суммарное время перерыва в воздействии вибрации в течение 1 ч работы, мин	До 20	Свыше 20 до 30	Свыше 30 до 40	Свыше 40
Увеличение уровня виброскорости, дБ	0	6	9	12