3.5.11. Источники вибрации

Источником вибрации является любое транспортное средство, ручной пневмоинструмент (перфораторы) или электроинструмент (дрели), а также ударные механизмы (молоты), вращения неуравновешенных масс (вибротрамбовки, вибраторы для зачистки полувагонов после выгрузки), возвратно-поступа- тельно движущиеся системы (кривошипно-шатунные механизмы) и пр. Наличие дисбаланса для всех этих случаев приводит к появлению неуравновешенных сил, вызывающих вибрацию. Причиной дисбаланса также может быть неоднородность материала вращающегося тела, деформация деталей от неравномерного нагрева или износа. Например, источники вибрации в кабине машиниста локомотива можно разделить на две группы. Первая — источники, связанные с процессом качения колеса по рельсу. Износ рельсов, рельсовые стыки, неровности в зоне остряков стрелочных переводов, неоднородность балластной призмы, износ и лыски колес — основные причины вибрации подвижного состава, возникновения интенсивных широкополосных низкочастотных колебаний. Вторая группа источников вибрации связана с работой дизелей, электродвигателей, компрессоров. Это оборудование генерирует преимущественно высокочастотные колебания. Характеристики этих колебаний

338

определяются особенностями конструкции, техническим состоянием и режимом работы оборудования. Наложение колебаний от различных источников друг на друга дает сложную картину колебательного процесса, охватывающего частоты от 1,6 до 63 Гц.

При совпадении собственных частот с внешними, происходит резкое нарастание амплитуды колебаний. Это явление называется резонансом. Резонанс может приводить к разрушениям конструкций вследствие усталости металла. Усталостные разрушения происходят мгновенно, без признаков надвигающейся опасности.

Для членов локомотивных бригад уровни вибрации превышают допустимые в 2…2,5 раза. Это позволяет оценивать условия их труда как класс 3.2 или 3.3. В цехах разборки и сборки ремонтных локомотивных заводов слесари-сборщи- ки и формовщики подвергаются воздействию уровней вибрации, превышающих нормативные на 6…15 дБА. Условия труда работников путейских ремонтных бригад также неблагоприятны. Так, например, ручные шпалоподбойки генерируют вибрацию на рукоятке, которая на 5…13 дБ превышает нормы по виброскорости. Уровни вибрации, превышающие нормативные, имееют место на щебнеочистительных, снегоуборочных, землеуборочных, шпалоподбивочных и других путевых машинах. Подробнее см. в Приложении Г-3.

339

3.5.12. Воздействие вибрации на человека

Вибрация относится к факторам, обладающим высокой биологической активностью. При длительном воздействии она вызывает хроническое профессиональное заболевание — вибрационную болезнь. Вибрационная болезнь включена в список профессиональных заболеваний. Она стойко лидирует, занимая с 1993 г. второе место в структуре профессиональных заболеваний железнодорожников, уступив первое место заболеваниям органов дыхания. Вибрационная болезнь от воздействия вибрации и толчков регистрируется у водителей и операторов транспортно-технологических машин и агрегатов. При этом заболевании возникают боли в пояснице, конечностях, в области желудка; она прявляется в виде отсутствия аппетита, бессонницы, раздражительности, быстрой утомляемости. Вибрационная болезнь выражается общими расстройствами с нарушениями опорно-двигательного аппарата (мышцы, связки, кости и суставы), а также сосудистого тонуса и болевой, температурной и вибрационной чувствительности.

Действие вибрации зависит от продолжительности воздействия, места приложения и направления оси вибрационного воздействия, демпфирующих свойств тканей организма человека, частоты и амплитуды колебаний, от явлений резонанса и других условий (подробнее см. ниже).

340

Действие вибрации в зависимости от продолжительности воздействия

(по временноˆй характеристике) подразделяют на постоянную вибрацию, для которой контролируемый параметр за время наблюдения изменяется не более чем в 2 раза (на 6 дБ), и непостоянную вибрацию, для которой указанные параметры за время наблюдения изменяются более чем в 2 раза.

Действие вибрации в зависимости от места приложения (от типа контакта работника с вибрирующим оборудованием) подразделяют на общую вибрацию и локальную.

Общая вибрация (вибрация рабочих мест) через опорные поверхности передается на тело сидящего или стоящего человека и воздействует на весь организм. Так вибрация локомотива передается на тело машиниста, в основном, через сидение кресла. В области низких частот интенсивность колебаний кресла машиниста превышает значения ПДУ в 1,5…2 раза. На объектах железнодорожного транспорта общая вибрация имеет место там, где применяются вибраторы для зачистки полувагонов от слежавшихся и смерзшихся грузов, на виброплощадках, на всех транспортных средствах (от дизелей тепловозов до строительных и путевых машин), в литейных и кузнечно-прессовых цехах ремонтных предприятий. При действии на организм общей вибрации в первую очередь страдает опорно-двигательный аппарат, нервная система и такие анализаторы, как вестибулярный, зрительный, тактильный. У рабочих, профес-

341

сия которых связана с вибрацией, отмечаются головокружения, расстройства координации движений, симптомы укачивания. Под влиянием общей вибрации отмечается снижение болевой, тактильной и вибрационной чувствительности. Особенно опасна толчкообразная вибрация, вызывающая микротравматизацию различных тканей с последующим их изменением. Общая низкочастотная вибрация оказывает влияние на обменные процессы в организме, проявляющиеся изменением углеводного, белкового, ферментного, витаминного и холестеринового обмена, а также биохимических показателей состава крови. Воздействие общей вибрации в резонансной зоне весьма опасно, так как оно может стать причиной механических повреждений внутренних органов человека.

Локальная вибрация — передается через руки или участки тела человека, контактирующие с вибрирующими поверхностями. Она воздействует на отдельные части организма человека при работе с виброинструментом, присутствует на рычагах управления транспортными средствами и пр. Проблема производственной локальной вибрации для ремонтно-строительных предприятий железнодорожного транспорта важна в связи с наличием большого количества ручных пневматических и электрических машин. Это шлифовальные, полировальные машины, молотки, гайковерты, перфораторы, механические ножницы для резки металла. Для большинства механизированных инструментов уровни виброскорости значительно превышают допустимые, достигая 112 дБ или

342

2 м/с2 (выше всего на пневматических перфораторах — 124…145 дБ). Среди цехов машиностроительных производств по этому показателю выделяются куз- нечно-штамповочные цеха — 115 дБА и полировочные цеха –115…118 дБА.

Локальной вибрации подвергаются, главным образом, лица, работающие с ручным механизированным инструментом. Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов кисти, предплечий, нарушая снабжение конечностей кровью и, при длительном воздействии, вызывает хроническое профессиональное заболевание — вибрационную болезнь. Одновременно колебания действуют на нервные окончания, мышечные и костные ткани, вызывают снижение кожной чувствительности, отложение солей в суставах пальцев, деформируя суставы и уменьшая их подвижность. Возникают ноющие, ломящие, тянущие боли рук. Колебания низких частот вызывают резкое снижение тонуса капилляров, а колебания высоких частот — спазм сосудов. Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов фаланг пальцев, затем распространяется на всю кисть, предплечье и сосуды сердца. При локальной вибрации также нарушается деятельность центральной нервной системы.

У формовщиков, бурильщиков, заточников, рихтовщиков при среднечастотном спектре вибраций заболевание развивается через 8...10 лет работы. При работе с инструментом ударного действия (клепка, обрубка) виброболезнь проявляется через 12...15 лет работы.

343

В зависимости от направления оси вибрационного воздействия вибрация подразделяется на: вертикальную, горизонтальную от спины к груди и горизонтальную от правого плеча к левому.

Различные ткани организма по-разному воспринимают воздействие вибрации. Тело человека может рассматриваться как сочетание масс с упругими демпфирующими свойствами, имеющими собственные резонансные частоты. Например, для плечевого пояса, бедер и головы в положении стоя они составляют 4...6 Гц. Для большинства внутренних органов эти частоты лежат в диапазоне 6...9 Гц.

Действие вибрации в зависимости от частоты колебаний. Общая вибрация с частотой ниже 0,7 Гц (качка) приводит к морской болезни, вызываемой нарушением нормальной деятельности вестибулярного аппарата. Вибрация с частотой 6...9 Гц, близкой к частоте собственного механического резонанса внутренних органов, может привести к разрыву тканей и внутренним кровоизлияниям. Реакция человеческого организма на вибрацию пропорциональна значениям виброускорения и виброскорости, которые зависят от частоты. Систематическое воздействие общих вибраций, характеризующихся высоким уровнем виброскорости, приводит к возникновению вибрационной болезни.

Действие вибрации в зависимости от явлений резонанса. Резонанс отдельных органов человеческого тела наступает при совпадении собственных частот

344

колебаний внутренних органов с частотами внешних сил. Уже при превышении частот колебаний 0,7 Гц такие резонансные колебания становятся возможными. Область резонанса для головы в положении сидя при вертикальных вибрациях находится в диапазоне между 20...30 Гц, при горизонтальных — 1,5...2 Гц. Частотный диапазон расстройств зрительных восприятий лежит между 60 и 90 Гц, что соответствует частоте колебаний глазных яблок. Для органов, расположенных в грудной клетке и брюшной полости (грудь, диафрагма, живот), резонансными являются частоты 3...3,5 Гц. Для всего тела в положении сидя резонанс наступает на частотах 4...6 Гц.

3.5.13. Борьба с вибрацией и защита от ее воздействия

По данным Сетевого центра Госсанэпиднадзора МПС России в настоящее время около 40 % объектов не отвечают требованиям нормативов по вибрации.

Борьба с вибрацией, как и с шумом, состоит из технических и организационных мер. Организационные меры по борьбе с этими явлениями идентичны мерам по борьбе с шумом. Технические мероприятия ведутся по нескольким направлениям.

Первое направление — уменьшение или устранение неуравновешенных силовых воздействий непосредственно в источнике возникновения вибрации за

345

счет изменения конструктивных решений машин или их элементов, ликвидации побуждающих сил. Например, замена кулачковых и кривошипно-шатунных механизмов гидроприводом и др.

Второе направление — уход от режима резонанса динамическим виброгашением. Это процесс устранения резонанса посредством правильного подбора массы или жесткости колеблющейся системы. Динамические виброгасители представляют собой дополнительную колебательную систему с массой m и жесткостью q, час-

тота которой настроена на частоту основной системы, имеющей массу M и жесткость Q (рис. 3.19). Динамическое виброгашение достигается установкой в систему динамических виброгасителей (маятниковых, пружинных или плавающих), установкой виброизоляторов (дополнительных устройств между агрегатом и защищаемым объектом). Силовые агрегаты устанавливают на массивный фундамент (рис. 3.20). Для гашения вибрации на

346

автомобилях, в последнее время используют специальный генератор колебаний, который создает частоту колебаний, одинаковую по величине с гасимой, но находящуюся с ней в противофазе.

Например, для устранения вибрации автомобильных колес используется их балансировка.

Третье направление — вибродемпфирование, то есть вибропоглощение с помощью массивных фундаментов или динамических виброгасителей, а также превращение механической энергии вибрации в тепловую путем использования материалов с большим внутренним трением (пластмасс, дерева, резины, битуминизированного войлока со слоем фольги), нанесением на вибрирующие поверхности упруговязких покрытий. Если поверхность имеет сложную конфигурацию, то широко применяются для демпфирования мастичные покрытия, представляющие собой смесь синтетических смол и наполнителей. В определенных случаях элементы конструкций соединяют сердечниками электромагнитов с замкнутой обмоткой.

В последних технических проектах современных локомотивов принято многоступенчатое вибродемпфирование всей кабины резинометаллическими амортизаторами. В результате этого на тепловозах и электровозах достигнуто снижение параметров вибрации до уров-ней ПДУ.

347

Виброизоляция оборудования чаще всего осуществляется установкой виброизолирующей опоры — упругих прокладок или пружин (рис. 3.21, 3.22).

На транспортных средствах достаточно часто используют именно виброизоляцию. В колебательную систему вводят упругую связь, например, виброизолирующие опоры двигателя, гибкие валы, виброзащитные рукоятки.

Средствами виброзащиты различных объектов могут быть: гибкие вставки в коммуникациях воздуховодов; разделение гибкой связью перекрытий и несущих конструк-

ций зданий; устройство «плавающих» полов, в которых настил пола отделяется от перекрытия упругими прокладками; использование ручного механизированного инструмента с виброзащищенными рукоятками, перфораторов с качающейся виброгасящей рукояткой; виброизолирующие опоры в виде упругих прокладок в сочетании с пружинами и др.

348

349