Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
БЖД / Методички / Методичка вибрации.doc
Скачиваний:
89
Добавлен:
29.03.2015
Размер:
335.36 Кб
Скачать

20

Ми­ни­стерство образования рф

Пермский государственный технический университет

Кафедра безопасности жизнедеятельности и

рудничной вентиляции.

Оценка производственной вибрации,

методы и средства защиты от нее

Методические указания к учебно-исследовательской

лабораторной работе

Пермь 2001

Составитель н.А.Трофимов

УДК 331.453.24

Оценка производственной вибрации, методы и средства защиты от нее: Метод. указания к учебно-исследовательской лабораторной работе /Сост. Н.А. Трофимов; Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 2001. -19 c.

Издается под редакцией автора

Приведены цели лабораторной работы, общие теоретические сведения о вибра­ции, воздействие ее на организм человека, нормирование производственной вибрации и защита от нее. Изложено описание конструкции лабораторного стенда, принципа действия измерительного прибора, а также методика проведения и обработки резуль­татов измерений нормируемых параметров вибрации и оценки коэффициента эффек­тивности виброизоляции.

Предназначены для выполнения лабораторной работы студентами всех специ­альностей университета.

Табл. 3. Ил. 2. Библиогр.: 7 назв.

Рецензент: канд. техн. наук, доцент А.Д. Овсянкин

 Пермский государственный

технический университет, 2001

Цели работы:

  1. Ознакомление с общими сведениями о вибрации и вредным воз-

действием ее на организм человека.

  1. Изучение нормируемых параметров вибрации.

  2. Изучение способов измерения некоторых параметров вибрации и

сопоставление их с сани­тарными нормами.

  1. Ознакомление с методами и средствами защиты от вибрации.

  2. Изучение способа оценки качества применяемой виброизоля­ции.

  1. Теоретическая часть

1.1. Общие сведения

Определившиеся тенденции и прогнозы развития техники свидетельствуют о том, что качественные изменения механизмов и машин достигаются главным образом за счет увеличения скоростных и силовых параметров при одновременном снижении их материалоемкости. Это неизбежно обуславливает возрастание динамических нагру­зок, механических воздействий и, следовательно, вибрационной активности выпус­каемых машин и производственного оборудования. Распространению вибрации на со­временных предприятиях способствует также широкое использование механизмов и машин ударного, возвратно-поступательного, вибрационного принципов действия, транспортирующих агрегатов, ручных и передвижных машин различных типов и на­значения.

Производственная вибрация выступает как вредное явление прежде всего к са­мим машинам, так как интенсифицирует износ, снижает их надежность и долговеч­ность, повышает уровни излучаемого шума и т.п. В этой связи по интенсивности виб­рации принято судить о качестве машины и ее техническом состоянии. Распространя­ясь по строительным конструкциям и грунту, вибрация воздействует на другие объ­екты, вызывая разрушение строительных конструкций, трубопроводов различного на­значения и ухудшая работу приборов и точных станков. И, наконец, контакт человека с вибрирующими объектами отрицательно сказывается на его здоровье и работоспо­собности: повышается утомляемость, снижается производительность и качество труда, а также развивается профзаболевание – вибрационная болезнь, которая в последние годы во всех развитых странах занимает 2-е место в профзаболеваниях.

В соответствии с ГОСТ 24346 – 80 под вибрацией понимается движение точки или механической системы, при котором происходит поочередное возрастание и убы­вание обычно во времени значений какой – либо величины, его характеризующей.

По механизму генерации различают вибрации с силовым, кинематическим и па­раметрическим возбуждением.

Силовое возбуждение вибрации – это возбуждение вибрации системы вынуж­дающими силами и (или) моментами. Источниками их являются: возвратно-поступа­тельные движущиеся системы (кривошипно-шатунные механизмы, ручные вибраторы и перфораторы, вибротрамбовки, виброплиты, вибробункеры и т.п.); неуравновешан­ные вращающиеся массы (ручные электрические и пневматические шлифовальные машины, режущий инструмент станков, вентиляторы и т.п.); ударные системы (ковоч­ные и штамповочные молоты, подшипниковые узлы, зубчатые передачи и т.п.).

Кинематическое возбуждение вибрации – возбуждение вибрации системы сооб­щением каким-либо ее точкам заданных движений, не зависящих от состояния сис­темы. Причинами его являются воздействие профиля дороги на автомобили и строи­тельно-дорожные машины, электрокары и ручные тележки в помещениях, колебания пола помещений и т.п.

Параметрическое возбуждение вибрации – это возбуждение колебаний (вибрации) системы не зависящим от состояния системы изменением во времени одного или нескольких ее параметров (массы, момента инерции, коэффициентов жесткости и сопротивления). Источниками являются двигатели внутреннего сгорания при изменении давления газов в цилиндрах, пневматические двигатели и т.п.

По характеру изменения во времени различают колебания детерминированные (периодические или почти периодические), случайные (стационарные или нестацио­нарные) и импульсные или затухающие, которые могут быть простыми и сложными.

Сложные колебательные процессы могут быть представлены в виде простых гармонических (синусоидальных) колебаний с помощью ряда Фурье.

Колебания подразделяются на свободные и вынужденные. Свободные колебания – колебания (вибрация) системы, происходящие без переменного внешнего воздейст­вия и поступления энергии из вне. Вынужденные колебания – колебания (вибрация) системы, вызванные и поддерживаемые силовым и (или) кинематическим возбужде­нием.

Основными величинами, характеризующими вибрацию, происходящую по сину­соидальному закону, являются: амплитуда виброперемещения Sа – величина наиболь­шего отклонения колеблющейся точки от положения равновесия; амплитуда вибро­скорости Vа – максимальное значение скорости колеблющейся точки; амплитуда виб­роускорения аа – максимальное значение ускорения колеблющейся точки; период ко­лебаний Т – наименьший интервал времени, через который при периодических коле­баниях (вибрации) повторяется каждое значение колеблющейся величины, характери­зующей вибрацию, и частота колебаний f – величина, обратная периоду колебаний.

Виброскорость и виброускорение связаны с виброперемещением и частотой ко­лебаний соотношениями:

V = 2 f S и a = (2 f)2 S (1.1)

Учитывая, что абсолютные значения величин, характеризующих вибрацию, из­меняются в очень широких пределах, в практике виброакустических исследований и инженерных расчетах используют логарифмические уровни колебаний. Под ним по­нимается сравнительная характеристика колебаний двух одноименных физических ве­личин, пропорциональная десятичному логарифму отношения оцениваемого и исход­ного значений величины

L = 20  lq (b bо1), (1.2)

где b – оцениваемое значение величины (скорость, ускорение и т.п.); bо – ис­ходное значение величины (скорости, ускорения и т.п.).

Так, например, уровни виброскорости и виброускорения определяются соответ­ственно как

LV = 20  lq (V Vo1) и LA = 20  lq (a ao1),

где V и а – оцениваемые значения соответственно виброскорости и виброуско­рения; Vo и ао – исходные (пороговые) значения виброскорости и виброускорения. Согласно меж­дународ­ному соглашению принято Vо = 5  10 8 м/с и ао = 3  10 4 м/с2.

Уровни колебаний (вибрации) измеряются в децибелах (дБ).

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 долго длящихся гармонических (синусоидальных) колебаний с различными амплитудами и периодами. В случае периодических колебаний частоты этих составляющих кратны основной частоте колебаний (процесса): fn = n f1, где n = 1,2,3,..; f1 – основная частота колебаний.

Основной характеристикой в производственной безопасности или охране труда является спектр вибрации, под которым понимается совокупность соответствующих гармоническим составляющим значений величины, характеризующей колебания (вибрации), в которой указанные значения располагаются в порядке возрастания частот гармонических составляющих. Периодическим и почти периодическим колебаниям соответствует дискретный спектр, непериодическим – не­прерывный спектр. Если колебания представляют собой наложение периодических и случайных колебаний, то спектр имеет смешанный характер.

Интенсивность вибрационных воздействий на человека, приборы и другие объ­екты зависит от частоты. Поэтому весь диапазон частот колебаний принято разбивать на отрезки (полосы частот) и определять уровни вибрации для каждой полосы в от­дельности. В качестве стандартных частотных полос при оценке вибрационной безо­пасности принимают октавные полосы, у которых отношение верхних граничных час­тот к нижним частотам равно 2. Каждую октавную полосу принято обозначать средне­геометрическим значением ее граничных частот, определяемым по формулам

fc = (fmax fmin) 0,5 = 2 0,5 fmin  1,41 fmin , (1.3)

где fmin – нижняя, а fmax – верхняя граничная частота, Гц, причем fmax = 2 fmin.

При необходимости октавные полосы делят на третьоктавные, для которых fmax = 21/3fmin 1,26 fmin. Например, первая октавная полоса имеет граничные частоты 0,7 и 1,4 Гц, а ее среднегеометрическая частота fc = 1 Гц; следующая, соответственно 1,4….2,8 Гц и 2 Гц и т. д.

По способу передачи на человека различают общую, передающуюся через опор­ные поверхности на тело сидящего или стоящего человека, и локальную, передаю­щуюся через руки человека, вибрацию.

Общая вибрация в соответствии с ГОСТ 12.1.012 – 90 и СН 2.2.4/2.1.8.566 – 96 в зависимости от ее источ­ника подразделяется на три категории:

1 – транспортная вибрация, воздействующая на операторов самоходных и при­цепных машин и транспортных средств при их движении по местности, агрофонам и дорогам, в т.ч. при их строительстве;

2 – транспортно-технологическая вибрация, воздействующая на операторов ма­шин с ограниченной подвижностью, перемещающихся только по специально подго­товленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок и горных выработок;

3 «а» – технологическая вибрация, воздействующая на операторов стационарных машин и оборудования или передающаяся на рабочее место, не имеющее источников вибрации;

3 «б»­  технологическая вибрация, передающаяся на рабочие места, где нет ге­нерирующих вибрацию машин;

3 «в» – вибрация на рабочих местах работников умственного труда и персонала, не занимающегося физическим трудом.

Вибрация в зависимости от времени действия подразделяется на:

 постоянную, при которой величина контролируемого параметра за время наблю­дения изменяется не более чем в два раза (на 6 дБ);

 непостоянную, при которой величина контролируемого параметра изменяется более чем в 2 раза (на 6 дБ) за время наблюдения не менее 10 мин при измерении с по­стоянной времени 1 с, в том числе колеблющуюся, прерывистую и импульсную.

1.2. Воздействие вибрации на организм человека

Знание механизма и последствий воздействия вибрации на организм человека необходимо специалистам и врачам для того, чтобы предусматривать надежные ме­тоды и средства вибрационной защиты человека и осуществлять эффективные профи­лактические и лечебные мероприятия.

Вибрация относится к факторам, обладающим большой биологической активно­стью. Выраженность реакций обуславливается главным образом величиной энергети­ческого воздействия и биохимическими свойствами человеческого тела, как сложной колебательной системы.

В возникновении реакции организма на воздействие вибрации важную роль иг­рают анализаторы центральной нервной системы – вестибулярный, зрительный, кожный, слуховой и др.

Степень распространения колебаний по телу зависит от их частоты и амплитуды, продолжительности воздействия, площади участков тела, соприкасающихся с вибри­рующим объектом, места приложения и направления оси вибрационного воздействия, демпфирующих свойств тканей, явления резонанса и других условий.

Производственная вибрация, имея широкий частотный диапазон (от десятых до­лей до нескольких тысяч Гц) колебаний, воздействует посредством раздражения нерв­ных периферических окончаний (рецепторов) в местах контакта, вызывая изменения как физиологического, так и функционального состояния организма. Общая характе­ристика негативного влияния вибрации на организм человека приведена в табл. 1.1.

Характер и течение виброболезни зависят от многих факторов. Важнейшими из них являются: уровень вибрации и частота, продолжительность и направление воздей­ствия на организм человека, состояние окружающей среды (освещенность, запыленность и температура воздуха, рабочее положение тела и т.п.) и условий труда работаю­щих, физические и физиологические свойства организма человека.

Выделяются три стадии проявления виброболезни: начальная (1 стадия), уме­ренно выраженная (11 стадия) и выраженная (111 стадия).

При начальных проявлениях виброболезни двигательные функции человека не страдают, состояние здоровья и работоспособность сохранены и не отражаются на ка­ких-либо социальных и экономических показателях. Умеренно выраженная стадия обуславливает снижение функциональных показателей здоровья. Отмечается сниже­ние адаптационных возможностей организма и социальной активности работающих. Могут быть снижены экономические показатели в работе и трудоспособности боль­ного. Выраженное проявление вибрационной болезни сопровождается заметным сни­жением профессиональной трудоспособности, при этом изменения состояния здоровья приобретают необратимый характер.

Необходимо иметь в виду, что виброболезнь относится к группе заболеваний, 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.

Таблица 1.1

Негативное влияние вибрации на человека

Вид изменений в организме

Симптомы изменений

Результаты вибраци­онного воздействия

Функциональные

Физиологические

Повышение утомляемости

Увеличение времени двигательной реакции

Увеличение времени зрительной ре­акции

Нарушение вестибулярных реакций и координации движений

Развитие нервных заболеваний

Нарушение функций сердечно-сосу­дистой системы

Нарушение функций опорно-двига­тельного аппарата

Поражение мышечных тканей и сус­тавов

Нарушение функций органов внут­ренней секреции

Нарушение функций половых орга­нов

Снижение произво­дительности труда и качества работы

Возникновение виб­рационной болезни

Общая вибрация с частотой менее 0,7 Гц (качка) не приводит к вибрационной болезни. Следствием такой вибрации является морская болезнь.

Современная медицина рассматривает производственную вибрацию как мощный стресс-фактор, оказывающий отрицательное влияние на психомоторную работоспо­собность, эмоциональную сферу и умственную деятельность человека, повышающий вероятность возникновения различных заболеваний и несчастных случаев. Особенно опасно длительное воздействие вибрации для женского организма.

1.3. Нормирование вибрации

Различают техническое и гигиеническое нормирование вибрации. Техническое нормирование устанавливает допустимые значения вибрационных характеристик ма­шин, под которыми понимается количественный показатель вибрационной активности машин, устанавливаемый и контролируемый для оценки ее технических свойств с по­зиции обеспечения вибрационной безопасности труда. Это нормирование адресуется в первую очередь создателям машин – конструкторам и технологам. Требования к виб­рационным характеристикам машин изложены в ГОСТ 12.1.012 – 90. Основу гигиени­ческого нормирования составляют критерии здоровья человека при воздействии на него вибрации с учетом напряженности и тяжести труда. Применение санитарной нормы дает возможность объективно оценивать условия труда на каждом рабочем месте, определять степень виброопасности, производить выбор методов и средств виб­рационной защиты. В настоящее время документами, регламентирующими санитар­ные нормы вибрации, являются ГОСТ 12.1.012 – 90 и СН 2.2.4/2.1.8.566 – 90.

В соответствии с этими документами нормируется вибрационная нагрузка на оператора, под которой понимается количественный показатель условий труда чело­века-оператора при воздействии на него вибрации. К показателям вибрационной на­грузки относятся: виброускорение (виброскорость) и их логарифмические уровни, диапазон частот и время воздействия вибрации.

Нормируемый диапазон частот устанавливается:

 для локальной вибрации в виде октавных полос со среднегеометрическими час­тотами 1; 2; 4; 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц;

 для общей вибрации – октавных и третьоктавных полос со среднегеометриче­скими частотами 0,8; 1,0; 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; 50; 63; 80 Гц.

Время воздействия вибрации принимается равным длительности непрерывного или суммарного воздействия.

Нормируемыми показателями вибрационной нагрузки на оператора на рабочих местах в процессе труда являются:

 при постоянной вибрации – спектральные или корректированные по частоте значения контролируемого параметра;

 при непостоянной вибрации – значения дозы вибрации или эквивалентного кор­ректированного значения контролируемого параметра.

Корректированное по частоте значение контролируемого параметра U определя­ется по формуле

U = (Ui ki)20,5, (1.4)

где Ui – cреднее квадратическое значение контролируемого параметра (виброскорости или виброускорения) в i-й частотной полосе; n – число частотных полос в нормируе­мом диапазоне; ki – весовой коэффициент для i-й частотной полосы для среднего квадратического значения контролируемого параметра (приведены в вышеуказанных ГОСТ и СН).

Доза вибрации D определяется по формуле

D = U2(t) dt, (1.5)

где U(t) – корректированное по частоте значение контролируемого параметра в момент времени t; Т – время воздействия вибрации.

Эквивалентное корректированное значение Uэкв определяется как Uэкв = (D T –1)0,5 (1.6)

Нормы показателей вибрационной нагрузки на оператора устанавливаются по трем координатным осям X, Y и Z и с учетом категории вибрации.

Извлечение из норм спектральных показателей вибрационной нагрузки на опе­ратора для длительности вибрационного воздействия 8 ч приведены в табл. 1.2.

Норму вибрационной нагрузки на оператора по спектральным и корректирован­ным по частоте значениям контролируемого параметра Ut при воздействии вибрации менее 8 ч определяют по формуле

Ut = U480  (480 / Т) 0,5 , (1.7)

где U480 – норма вибрационной нагрузки на оператора для длительности воздействия 480 мин (8 ч); Т – длительность воздействия вибрации (при Т 30 мин в качестве нормы принимают значение для Т = 30 мин), мин.

Дозовый метод и методы одночисловой оценки дополняют методы спектраль­ного нормирования и оценки, которые основываются на концепции частотно-избира­тельного энергетического воздействия вибрации на оператора, его физиологической значимости. Дозовый метод позволяет надежно и быстро проводить оценку вибрации на рабочих местах, определять предельное время работы даже в условиях трудно хро­нометрируемых режимов работы при воздействии непостоянной вибрации и оценивать вибрационную нагрузку на оператора в течение рабочей смены. Выбор метода опре­деляется задачами оценки воздействия вибрации на оператора, наличием соответст­вующей аппаратуры, необходимостью выбора средств виброзащиты и т.п. Причем ме­тод спектрального анализа является универсальным, так как позволяет переходить к методам одночисловой оценки. Другие методы удобнее использовать для оператив­ного контроля условий труда и оценки их вибрационной безопасности.

1.4. Обеспечение вибробезопасности труда

В соответствии с ГОСТ 12.1.012 – 90 вибробезопасность труда на предприятиях должна обеспечиваться:

 соблюдением правил и условий эксплуатации машин и ведения технологических процессов, использованием машин только в соответствии с их назначением, преду­смотренным научно-технической документацией;

 поддержанием технического состояния машин, параметров технологических процессов и элементов производственной среды на уровне, предусмотренном научно-технической документацией, своевременным проведением планового и предупредительного ремонта машин;

 совершенствованием режимов работы машин и элементов производственной среды, исключением контакта работающих с вибрирующими

поверхностями за пределами рабочего места или зоны введением ограждений, предупреждающих знаков, ис­пользованием предупреждающих надписей, окраски, сигнализации, блокировки и т.п.;

 улучшением условий труда (в т.ч. снижением или исключением действия сопут­ствующих неблагоприятных факторов);

 применением средств индивидуальной защиты от вибрации (рукавицы, перчатки, вкладыши, прокладки, спецобувь, подметки, наколенники, нагрудники, пояса, специальные костюмы);

 введением и соблюдением режимов труда и отдыха, в наибольшей мере сни­жающих неблагоприятное воздействие вибрации на человека;

 санитарно-профилактическими и оздоровительными мероприятими, преду­смотренными рекомендациями Минздрава и его органов;

 контролем вибрационных характеристик машин и вибрационной нагрузки на операторов, соблюдением требований вибробезопасности и выполнением предусмот­ренных для условий эксплуатации мероприятий.

При недостаточности этих мер должны использоваться методы и средства борьбы с вибрацией в источнике и на путях ее распространения по ГОСТ 26568.

Уменьшение вибрации в источнике ее возникновения достигается путем устране­ния или уменьшения действия различных причин, вызывающих силовое, кинематиче­ское или параметрическое возбуждение колебаний.

Уменьшение параметров вибрации на путях ее распространения достигается ис­ключением контакта оператора с вибрирующим объектом и использованием различ­ных методов защиты в случае контакта оператора с вибрирующим объектом (динами­ческое виброгашение, демпфирование, виброизоляция и т.п.). При динамическом виб­рогашении к защищаемому объекту присоединяется дополнительная система или масса (использование виброгасящих оснований (фундаментов) и динамических вибро­гасителей). При демпфировании уменьшение вибрации достига­ется за счет: увеличения внутреннего трения конструкционных материалов; нанесения на колеблющиеся поверхности слоя упруго вязких материалов, обладающих боль­шими потерями на внутреннее трение; применения поверхностного трения, увеличе­ния сил вязкости, связанного с использованием смазочных масел и т.п.

Одним из наиболее распространенных методов, предупреждающих передачу вибрации при работе быстроходных машин, ручного механизированного инструмента является виброизоляция. Под виброизоляцией понимается метод вибрационной за­щиты посредством устройств, помещаемых между источником возбуждения и защи­щаемым объектом. Она заключается в создании упругой связи, которая осуществля­ется установкой виброизоляторов (резиновых, пружинных, пневматических и т.п.) ме­жду источниками возбуждения (колебаний) и защищаемым объектом (поддерживаю­щая конструкция, оператор и т.п.).

Использование виброизоляторов без предварительного расчета может привести к резонансным явлениям, когда собственная частота колебаний системы (источника воз­буждения) на виброизоляторах совпадает с частотой вынужденных колебаний. При этом виброизоляторы не только не уменьшат значений динамических сил, передавае­мых на защищаемый объект, но, наоборот, увеличат эти значения.

Качество виброизоляции оценивается коэффициентом передачи при виброизоляции , предсталяю­щим собой отношение амплитуды виброперемещения Sо (виброскорости Vо , виброу­скорения ао защищаемого объекта или действующей на него силы Fпер ) к амплитуде той же величины источника возбуждения при гармонической вибрации, т.е.

  So S1 = Vo V1 = ao a –1 = Fпер F 1 = fв fo 1 2 11 (1.8)

где F – вынуждающая сила; fв – частота вынуждающей силы; fо – частота собственных колебаний системы (машины, агрегата и т.п.) на виброизоляторах. Последняя определяется по формуле

fo = 5 xст 0,5, (1.9)

где xст – статическое смещение (осадка) источника колебаний (виброизолируемой машины) на виброизоляторах под действием силы тяжести его, см.

Зависимость коэффициента передачи при виброизоляции от частоты вынуждающей силы приведена на рис. 1.1, из которого видно, что виброизоляторы уменьшают передачу вибрации (  лишь при fв fo. При fв fo виброизоляторы или полностью передают вибрацию защищаемому объекту ( = 1)или даже усиливают их (). Для уменьшения коэффициента передачи при заданной частоте вынуждающей силы fв

Рис. 1.1. Зависимость коэффициента передачи при виброизоляции от частоты вынуждающей силы:

1 – без учета затухания (трения в виброизолято-

рах); 2 – с учетом зату-

хания

необходимо уменьшать частоту собственных колебаний системы на виброизоляторах fо, что достигается либо увеличением массы системы, либо уменьшением жесткости виброизоляторов.

Снижение передачи вибрации на защищаемый объект может быть также охарак­теризовано логарифмической величиной виброизоляции L в децибелах, определяемой по формуле

L = 20  (lq ) 1 (1.10)

Соседние файлы в папке Методички