2.6. Вібрація

2.6.1. Причини виробничої вібрації

Вібрація як чинник виробничого середовища зустрічається в багатьох технологічних процесах — при віброущільненні, механіч­ній обробці металів, вібраційному бурінні, рихленні, вібротранспор-туванні й т. н. Вібрація супроводжує роботу самохідних і стаціонар­них механізмів та агрегатів, в основі роботи яких — поворотно-пос­тупальна дія.

Джерелами вібрації, що діють на водіїв транспортних машин, є ходова частина, привід і двигун. Ходова частина створює на робочо­му місці водія вібрацію, що виникає внаслідок взаємодії коліс та гу­сениць з нерівним рельєфом шляхів та полів і передається через ра­му на кабіну або робочий майданчик.

Вібрація зростає з підвищенням швидкості руху. На транспорт­них роботах найбільша вібрація відчувається під час руху по полю із швидкістю 18-25 км/год. Рівень вібрації при цьому значною мірою визначає конструкція сидіння, його розміщення, підресорювання осей та тиск повітря в балонах коліс.

Вібрація на сидінні збільшується в міру віддалення його від центра ваги машини й наближення до задньої осі, а також із підви­щенням тиску повітря в балонах коліс. Робочі органи екскаваторів також є істотним джерелом вібрації: при вмиканні всіх робочих час­тин рівень вібрації збільшується на 3-7 дБ.

Причиною виникнення вібрації при роботі машин та механізмів може бути незрівноваженість і незбалансованість частин, що оберта­ються чи здійснюють зворотно-поступальний рух. Негативна дія ві­брації відчувається, коли не збігається центр ваги тіла та осі обер­тання, коли деформуються деталі внаслідок нерівномірного нагріву, зносу або незадовільного технічного догляду за сполучними муфта­ми, підшипниками, обоймами й т. ін.

2.6.2. Характеристика основних параметрів вібрації

Вібрація — це коливальні процеси, що відбуваються в механіч­них системах. Найпростішою формою вібрації є гармонійні синусої­дні коливальні рухи.

Основні параметри синусоїдного коливання: частота в герцах (1 кол./с); амплітуда зміщення — А (м або см); коливальна швид­кість — Г(м/с); прискорення — со (м/с"). Час, протягом якого здійс­нюється одне повне коливання, називається періодом коливання Г(с).

Для синусоїдних коливань швидкість і прискорення визнача­ються за формулами:

V - 2тг •/■ А; со = (2тг •/)² ■ А₉ (2.41)

де /- частота, Гц; А - амплітуда, м.

За нульовий рівень коливальної швидкості взято величину 5-10^-8м/с, яка відповідає середньоквадратичній швидкості при стандартному порозі звукового тиску, що дорівнює 2'10"⁵Н/м². За нульовий рівень коливального прискорення взято величину З-КГ^м/с².

Враховуючи, що абсолютні значення параметрів, які характери­зують вібрацію, змінюються в дуже широких межах, у практиці віб-роакустичних вимірювань використовують відносні параметри — рівні віброшвидкості і віброприскорення, які визначаються відносно опорного (порогового) значення й вимірюються в децибелах (дБ).

10~⁴

{-ч5

10

(2.42)

Відносні рівні віброшвидкості й віброприскорення визначають­ся за формулами:

І, = 2(%

де V, IV — коливальна швидкість і прискорення в точці вимірю­вання, м/с і м/с²;

5-Ю"⁸, 3-10"* —опорні значення м/с і м/с².

Порогове відчуття вібрації виникає тоді, коли прискорення її дорівнює 1 % від нормального прискорення сил земного тяжіння. Хворобливе відчуття виникає, коли прискорення становить 5 % від прискорення вільного падіння, тобто при 0,5 м/с².

Коливальну швидкість Ю^м/с людина сприймає як порогову, а при швидкості 1м/с виникають хворобливі відчуття.

Величина коливальної енергії, поглинутої тілом людини (£?, кгм), прямо пропорційна площі контакту, часу дії та інтенсивності подразника:

Є = /'5-Г, (2.43)

де 5 — площа контакту, м²; Т— тривалість дії, с; /— інтенсивність вібрації, кгм/м7с.

Інтенсивність вібрації, а отже, коливальна енергія прямо про­порційна квадрату коливальної швидкості:

(2.44)

||р V— середньоквадратичне значення коливальної швидкості, м/с;

\ 2 . •

• — — модуль вхідного питомого механічного імпеданса в зоні

контакту, кг/с.

Механічний імпеданс визначається як відношення коливальної сили до результуючої коливальної швидкості в точці прикладання цієї сили.

У виробничих умовах майже не зустрічається вібрація у вигляді простих гармонійних коливань. Коливання, що виникають при робо­ті машин і механізмів, є аперіодичними, квазіперіодичними, часто вони мають імпульсивний або поштовхоподібний характер.

Залежно від характеру контакта з тілом працюючого вібрацію умовно поділяють на місцеву (локальну) й загальну.

Вібрація, що передається через руки людини, визначається як місцева.

Місцеву вібрацію створюють ручні машини ударної, ударно-обертової і обертової дії. До вібронебезпечного обладнання нале­жать відбійні молотки, шліфувальні машини, дрелі, вібратори, бето-ноломи, гайковерти й т. ін. У цих випадках ідеться про прикладання вібрації до обмеженої ділянки тіла людини.

Вібрація, що передається на тіло людини, яка стоїть чи сидить, через опорні поверхні, визначається як загальна. У цьому випадку спостерігається переміщення тіла в просторі (горизонтальне або вер­тикальне). У реальних виробничих умовах часто поєднується місце­ва й загальна вібрація.

Змішаний вплив виникає під час роботи деяких ручних машин, коли коливання по тілу передаються не тільки через верхні, а й че­рез нижні кінцівки, груди, спину та інші частини тіла залежно від робочої пози й конструкції інструментів. В інших випадках перева­жає загальна вібрація, яка виникає на таких видах робіт, як форму­вання залізобетонних виробів на віброплатформах і т. ін.

Загальна вібрація залежно від джерела її виникнення може бути різною: транспортна вібрація, що впливає на водіїв, машиністів, операторів пересувних машин і транспортних засобів під час їх ру­ху; транспортно-технологічна, що впливає на операторів машин з обмеженим пересуванням на спеціально підготовлених поверхнях виробничих приміщень; технологічна вібрація, що впливає на опера­торів стаціонарних машин чи передається на робочі місця, що не ма­ють джерел вібрації (верстати, вентилятори, насоси й т. ін.). Загаль­ної вібрації малих частот і великої амплітуди зазнають водії різних видів транспорту, бульдозеристи, екскаваторники.

За спектральним складом умовно виділяють низько- й високо­частотну вібрацію. Вібрація з частотою 16-32 Гц є низькочастот­ною, а з більшими частотами — високочастотною.

За особливостями спектра розрізняють широкосмугову й сину­соїдну вібрації.

За часовими характеристиками вібрація поділяється на постій­ну, рівень якої змінюється не більш як на 6 дБ за 1 хв., і непостійну, що за той же час змінюється більш як на 6 дБ.