2. 7. Вібрація

Категорія: Підручники Інші книги Основи охорони праці

Вібрація серед всіх видів механічних впливів для технічних об'єктів найбільш небезпечна. Знакозмінні напруження, викликані вібрацією, сприяють накопиченню пошкоджень в матеріалах, появі тріщин те руйнуванню. Найчастіше і досить швидко руйнування об'єкта настає при вібраційних впливах за умов резонансу. Вібрації викликають також й відмови машин, приладів.

За способом передачі на тіло людини вібрацію поділяють на загальну, яка передається через опорні поверхні на тіло людини, та локальну, котра передається через руки людини. У виробничих умовах часто зустрічаються випадки комбінованого впливу вібрації— загально та локальної.

Вібрація викликає порушення фізіологічного та функціонального станів людини. Стійкі шкідливі фізіологічні зміни називають вібраційною хворобою. Симптоми вібраційної хвороби проявляються у вигляді головного болю, заніміння пальців рук, болю в кистях та передпліччі, виникають судоми, підвищується чутливість до охолодження, з'являється безсоння. При вібраційній хворобі виникають патологічні зміни спинногс мозку, серцево-судинної системи, кісткових тканин та суглобів, змінюється капілярний кровообіг.

Функціональні зміни, пов'язані з дією вібрації на людину-оператора — погіршення зору, зміни реакції вестибулярного апарату, виникнення галюцинацій, швидка втомлюваність. Негативні відчуття від вібрації виникають при прискореннях, що складають 5% прискорення сили ваги, тобто при 0,5 м/с2. Особливо шкідливі вібрації з частотами, близькими до частот власних коливань тіла людини, більшість котрих знаходиться в межах 6...ЗО Гц.

Резонансні частоти окремих частин тіла наступні:

— очі —22...27

— горло — 6... 12

— грудна клітка — 2... 12

— ноги, руки — 2...8

— голова — 8...27

— обличчя та щелепи — 4...27

— пояснична частина хребта — 4... 14

— живіт — 4...12

Загальну вібрацію за джерелом її виникнення поділяють на:

— транспортну, котра виникає внаслідок руху по дорогах;

— транспортно-технологічну, котра виникає при роботі машин, які

виконують технологічні операції в стаціонарному положенні або при

переміщенні по спеціально підготовлених частинах виробничих

приміщень, виробничих майданчиків;

— технологічну, що впливає на операторів стаціонарних машин або

передається на робочі місця, які не мають джерел вібрації.

Вібрації, що впливають на операторів різних машин, поділяються на категорії згідно ГОСТ 12.1.012-90:

— трактори, автомобілі вантажні, будівельно-дорожні машини,

снігоочищувачі — 1;

— екскаватори, крани промислові та будівельні, самохідні бурильні

установки, шляхові машини, бетоновкладачі — 2.

Підлоговий виробничий транспорт, верстати метало- та деревообробні, ковальсько-пресове обладнання, ливарні машини, електричні машини, насосні агрегати та вентилятори; бурильні вишки та установки, бурові верстати, обладнання промисловості будматеріалів — 3.

2. 7.1. Гігієнічні характеристики та нормування вібрацій

Категорія: Підручники Інші книги Основи охорони праці

Гігієнічне нормування вібрацій забезпечує вібробезпеку умов праці Дія вібрації на організм людини визначається наступними 5 характеристиками: інтенсивністю, спектральним складом, тривалість впливу, напрямком дії.

Показниками інтенсивності є середньоквадратичні або амплітуда значення віброприскорення, віброшвидкості або віброзміщення, виміряє на робочому місці. Для оцінки інтенсивності вібрації поряд з розмірним] величинами використовується логарифмічна децибельна шкала. Ц пов'язано з широким діапазоном зміни параметрів, при котри: вимірювання їх лінійною шкалою стає практично неможливим Особливість цієї шкали — відлік значень від порогового початковоп рівня. Децибел — математичне безрозмірне поняття, котре характеризу відношення двох незалежних однойменних величин:

де 4 — вимірюваний кінематичний параметр вібрації (віброзміщення, віброшвидкість, віброприскорення);

^ — початкове (порогове) значення відповідного параметра. Для гармонійної вібрації з частотою / логарифмічні рівні віброзміщення LU та віброприскорення La визначаються через логарифмічний рівень віброшвидкості Lv:

Для стандартних порогових значень прийняті наступні величини параметрів вібрації: віброзміщення ц, = SxlO'12 м; віброшвидкості и0 = 5хЮ"8 м/с; віброприскорення а0 = 3 х 10" м/с2. Зі швидкістю о коливається поверхня, що випромінює звукову енергію на порозі чутності (ро = 2х1О-5Н/м2).

Гігієнічну оцінку вібрації, що діє на людину у виробничих умовах, згідно з ГОСТ 12.1.012-90 здійснюють за одним з наступних методів?

- частотним (спектральним) аналізом нормованого параметра;

— інтегральною оцінкою за частотою нормованого параметра;

— дозою вібрації.

Гігієнічною характеристикою вібрації є нормовані параметри, вибрані в залежності від застосовуваного методу її гігієнічної оцінки.

При частотному (спектральному) аналізі нормованими параметрами є середні квадратичні значення віброшвидкості и, їх логарифмічні рівні L або віброприскорення а для локальної вібрації в октавних смугах частот, а для загальної вібрації — в октавних або 1/3 октавних смугах частот.

Середньоквадратичне значення деякої неперервної періодичної функції Aft) з періодом Т визначається за виразом:

Для гармонійної функції її Середньоквадратичне значення:

де Атах — амплітуднезначення функції. Логарифмічні рівні віброшвидкості, дБ:

При інтегральній оцінці за частотою нормованим параметром є коректоване значення контрольованого параметра вібрації U, виміряне за допомогою спеціальних фільтрів або розраховане за формулою:

де Ц — середнє квадратичне значення контрольованого параметра (віброшвидкості або віброприскорення) в і-й частотній смузі;

п — число частотних смуг в нормованому частотному діапазоні; к: — питомий коефіцієнт для і-і' частотної смуги. Оцінка локальної вібрації здійснюється за середнім часом дії коректованим значенням:

де U — коректоване значення контрольованого параметра визначається згідно з формулою (2.34) в j-му проміжку часу;

т — загальне число отриманих коректованих значень з< однакові проміжки часу.

При оцінці вібрації за допомогою дози нормованим параметре» є еквівалентне коректоване значення:

де D — доза вібрації, що визначається за формулою:

де U(T) — миттєве коректоване значення параметра вібрацї в момент часу т, отримане за допомогою коректувального фільтра; t —* час впливу вібрації протягом робочої зміни.

Вібрацію, що діє на людину, нормують окремо для кожного встановленого напрямку згідно з ГОСТ 12.1.012-90.

Гігієнічні норми вібрації, що впливають на людину у виробничи» умовах встановлені для тривалості 480 хв. (8 год). При впливі вібрації, котра перевищує встановлені нормативи, тривалість її впливу на людину протягом робочої зміни слід зменшити згідно з даними табл. 2.6.

Таблиця 2-і

Допустима тривалість вібраційного впливу при перевищенні нормативних значень

Гігієнічні норми в логарифмічних рівнях середніх квадратичних значень віброшвидкості для октавних смуг частот наведено на рис. 2.10.

Рис. 2.10. Гігієнічні норми вібрації

1' — вертикальна, 1" — горизонтальна транспортна, 2 — транспортно-технологічна,

За — технологічна у виробничих приміщеннях, 36 — в службових приміщеннях на

суднах, Зв — у виробничих приміщеннях без вібруючих машин; Зг — в приміщеннях

адміністративно-управлінських та для розумової праці; 4 — локальна вібрація

При локальній вібрації залежність допустимих значень нормованого параметра U від часу фактичної дії вібрації і (що не перевищує 480 хв.) визначається за формулою:

де U480 — допустиме значення нормованого параметра при тривалості дії вібрації 480 хв. Максимальне значеня Ц не повинне перевищувати величин, що встановлені для t=30 хв.

Загальний спектр частот вібрації містить октавні частотні смуги з середньогеометричними значеннями частот 1; 2; 4; 8; 31,5; 63; 125;

25Р; 500; 1000 Гц. Вібрація з середньогеометричними частотами д< 31,5 Гц відноситься до низькочастотної, з більшими середньо геометричними частотами — до високочастотної.

Тривалий вплив вібрації з середньогеометричними значенням] частот 16...250 Гц є особливо небезпечним.

При дії локальної вібрації з перервами протягом робочої зміні допустимі значення нормованого параметра збільшуються шляхої множення на коефіцієнти, що наводяться нижче (табл. 2.7):

Таблиця 2.'

Коефіцієнти збільшення допустимих значень нормованого параметра дії локальної вібрації

Загальний час регулярної пе­рерви в дії ло­кальної вібрації за 1 год робочої зміни, хв.

До 20 включно

20—30

30—40

Більше 40

Коефіцієнт

1

2

3

4

2. 7.2. Захист від вібрацій

Категорія: Підручники Інші книги Основи охорони праці

Загальні методи боротьби з вібрацією базуються на аналізі рівняні

котрі описують коливання машин у виробничих умовах і класифікуютьс

наступним чином:

— зниження в|брацій в джерелі виникнення шляхом зниження або усунення збуджувальних сил;

— відлагодження від резонансних режимів раціональним виборе приведеної маси або жорсткості системи, котра коливається;

— вібродемпферування — зниження вібрацій за рахунок сштертя демпферного пристрою, тобто переведення коливної енері в тепло;

— динамічне гасіння — введення в коливну систему додаткові мас або збільшення жорсткості системи

— віброізоляція — введення в коливну систему додатковогопружного зв'язку, з метою послаблення передавання вібрацій, суміжному

елементу конструкції або робочому місцю;

— використання індивідуальних засобів захисту.

Зниження вібрації в джерелі її виникнення досягається шляхом зменшення сили, яка викликає коливання. Тому ще на стадії проектування машин та механічних пристроїв потрібно вибирати кінематичні схеми, в котрих динамічні процеси, викликані ударами та прискореннями, були б виключені або знижені. Зниження вібрації може бути досягнуте зрівноваженням мас, зміною маси або жорсткості, зменшенням технологічних допусків при виготовленні і складанні, застосуванням матеріалів з великим внутрішнім тертям. Велике значення має підвищення точності обробки та зниження шорсткості поверхонь, що труться.

Відлагодження від режиму резонансу. Для послаблення вібрацій істотне значення має запобігання резонансним режимам роботи з метою виключення резонансу з частотою змушувальної сили. Власні частоти окремих конструктивних елементів визначаються розрахунковим методом за відомими значеннями маси та жорсткості або ж експериментальне на стендах.

Резонансні режими при роботі технологічного обладнання усуваються двома шляхами: зміною характеристик системни (маси або жорсткості) або встановленням іншого режиму роботи (відлагодження резонансного значення кутової частоти змушувальної сили).

Вібродемпферування. Цей метод зниження вібрацій реалізується шляхом перетворення енергії механічних коливань коливної системи в теплову енергію. Збільшення витрат енергії в системі здійснюється за рахунок використання в якості конструктивних матеріалів з великим внутрішнім тертям: пластмас, металогуми, сплавів марганцю та міді, нікелетитанових сплавів, нанесення на вібруючі поверхні шару пружнов'язких матеріалів, котрі мають великі втрати на внутрішнє тертя. Найбільший ефект при використанні вібродемпферних покриттів досягається в області резонансних частот, оскільки при резонансі значення впливу сил тертя на зменшення амплітуди зростає.

Найбільший ефект вібродемпферні покриття дають за умови, що протяжність вібродемпферного шару співрозмірна з довжиною хвилі згину в матеріалі конструкції. Покриття необхідно наносити в місця де генерується вібрація максимального рівня. Товщина вібродемпфернії покриттів береться рівною 2—3 товщинам елемента конструкції, t котру воно наноситься.

Добре демпферують коливання мастильні матеріали. Шар масти/ між двома спряженими елементами усуває можливість безпосереднього контакту, а відтак — появу сил поверхневого терт котрі є причиною збудження вібрацій.

Віброгасіння. Для динамічного гасіння коливань використовуютьа динамічні віброгасії пружинні, маятникові, ексцентрикові, гідравлічні. Вон являють собою додаткову коливну систему з масою т та жорсткістю q власна частота котрої /0 налаштована на основну частоту /коливань даноп агрегата, що має масу М та жорсткість Q, віброгасій кріпиться н< вібруючому агрегаті і налаштовується таким чином, що в ньому в кожниі момент часу збуджуються коливання, котрі знаходяться в протифаз з коливаннями агрегата. Недоліком динамічного гасія є те, що він діє лиш при певній частоті, котра відповідає його резонансному режиму коливань

Для зниження вібрацій застосовуються також ударні віброгасі маятникового, пружинного і плаваючого типів. В них здійснюєтьа перехід кінетичної енергії відносного руху елементів, що контактують в енергію деформації з поширенням напружень із зони контакту пі елементах, що взаємодіють. Внаслідок цього енергія розподіляється гк об'єму елементів віброгасія, котрі зазнають взаємних ударів, викликаючі їх коливання. Одночасно відбувається розсіювання енергії внаслідок ді сил зовнішнього та внутрішнього тертя. Маятникові ударні віброгасі використовуються для гасіння коливань частотою 0,4—2 Гц пружинні — 2—10Гц, плаваючі — понад 10 Гц.

Віброгасії камерного типу призначені для перетворенні

пульсуючого потоку газу в рівномірний. Такі віброгасії встановлюються

на всмоктувальній та нагнітальній сторонах компресорів, ні

гідроприводах. Вони забезпечують значне зниження рівня вібрацій

трубо- та газопроводів.

Динамічне віброгасіння досягається також встановленням агрегата Щ масивному фундаменті. Маса фундамента підбирається таким чином, щоІ амплітуда коливань підошви фундамента не перевищувала 0,1—0,2 мм.

Віброізоляція полягає у зниженні передачі коливань від джерела збудження до об'єкта, що захищається, шляхом введення в коливну" систему додаткового пружного зв'язку. Цей зв'язок запобігає передачі енергії від коливного агрегата до основи або від коливної основи до людини або до конструкцій, що захищаються.

Віброізоляція реалізується шляхом встановлення джерела вібрації на віброізолятори. В комунікаціях повітропроводів розташовуються гнучкі вставки. Застосовуються пружні прокладки у вузлах кріплення повітропроводів, в перекриттях, несучих конструкціях будівель, в ручному механізованому інструменті.

Для віброізоляції стаціонарних машин з вертикальною змушувальною силою використовують віброізолювальні опори у вигляді прокладок або пружин. Однак можлива їх комбінація. Комбінований віброізолятор поєднує пружинний віброізол'ятор з пружною прокладкою. Пружинний віброізолятор пропускає високочастотні коливання, а комбінований забезпечує необхідну ширину діапазона коливань, що гасяться. Пружні елементи можуть бути металевими, полімерними, волокнистими, пневматичними, гідравлічними, електромагнітними.

Засоби індивідуального захисту від вібрації застосовуються у випадку, коли розглянуті вище технічні засоби не дозволяють знизити рівень вібрації до норми. Для захисту рук використовуються рукавиці, вкладиші, прокладки. Для захисту ніг — спеціальне взуття, підметки, наколінники. Для захисту тіла — нагрудники, пояси, спеціальні костюми.

З метою профілактики вібраційної хвороби для працівників рекомендується спеціальний режим праці. Наприклад, при роботі з ручними інструментами загальний час роботи в контакті з вібрацією не повинен перевищувати 2/3 робочої зміни. При цьому тривалість безперервного впливу вібрації, включаючи мікропаузи, не повинна перевищувати 15—20 хв. Передбачається ще дві регламентовані перерви для активного відпочинку.

Всі, хто працює з джерелами вібрації, повинні проходити медичні огляди перед вступом на роботу і періодично, не рідше 1 разу на рік.

2. 7.3. Методи контролю параметрів вібрацій

Категорія: Підручники Інші книги Основи охорони праці

Для вимірювання вібрацій широко використовуються електричц вібровимірювальні прилади, принцип дії котрих базується ц| перетворенні кінематичних параметрів коливного руху в електричЦ величини, котрі вимірюються та реєструються за допомого* електричних приладів.

Основні елементи цих приладів — давачі. В якості первиннцз вимірювальних перетворювачів використовують ємнісні, індукційні п'єзоелектричні перетворювачі, котрі сприймають коливні зміщення швидкість та прискорення.

Найчастіше використовуються п'єзоелектричні перетворювач віброприскорення — акселерометри.

Вібровимірювальними приладами з давачами можна вимірювати вібрації в багатьох точках, їх перевага — дистанційністі вимірювання параметрів вібрації, проста будова, відсутністі інерційності.

Кількість вимірювань параметрів вібрації повинна бути не мении трьох для кожної октавної смуги частот. Вимірювальними параметрам} вібрації є пікові або" середньоквадратичні значення віброзміщення віброшвидкості або віброприскорення в октавних або 1/3-октавниз смугах частот.