Вибрация, ее источники и влияние на человека
В гидромелиоративном производстве используются машины и оборудование, создающие вибрацию, которая передается на рабочие места и оказывает вредное воздействие на организм работающих. Вибрацией сопровождается работа мeлиоративных и строительных машин, на заводах железобетонных изделий источниками вибрации являются дозаторные установки, бетоносмесители, виброплощадки для формования изделий, ручной механизированный инструмент с электро- и пневмоприводом.
Под вибрацней понимается движение точки или механической системы, при котором происходит поочередное возрастание и убывание во времени значений, по крайней мере, одной координаты (ГОСТ 24346-80).
Причиной возбуждения вибраций служат возникающие при работе машин и агрегатов неуравновешенные силовые воздействия. Их источниками являются либо возвратно-поступательно движущиеся системы (кривошипно-шатунные механизмы, вибротрамбовки), либо неуравновешенные вращающиеся массы (обрабатываемые детали, ручные электро- и пневматические машины). Возникновение вибраций может вызываться не только силовым, но и кинематическим побуждением, например, при движении транспортного средства по неровному пути.
Основными физическими характеристиками вибрации, происходящей по синусоидальному закону, являются: амплитуда виброперемещения, м; частота, Гц (статическая характеристика); амплитуда колебательной скорости, м/с; амплитуда колебательного ускорения, м/с2 (динамическая характеристика).
По способу передачи на организм человека вибрация подразделяется на общую, передающуюся через опорные поверхности человека, и локальную, передающуюся через руки человека. В ряде случаев работающий испытывает воздействие как общей, так и локальной вибрации, например, на транспорте, при работе на мелиоративных и строительных машинах.
Направления действия общей вибрации определяются вдоль осей ортогональной системы координат, связанной с положением в пространстве тела человека-оператора (рис. 17).
Рис. 17. Направление координатных осей при действии вибрации (общая вибрация): а – положение стоя; б – положение сидя; ось Z – вертикальная, перпендикулярная опорной поверхности; ось X – горизонтальная, от спины к груди; ось Y – горизонтальная, от правого плеча к левому.
Общая вибрация, в зависимости от источника ее возникновения, подразделяется на категории: транспортная, воздействующая на операторов подвижных машин при их движении по местности (мелиоративные и строительные машины); транспортно-технологическая, воздействующая на операторов машин с ограниченным перемещением только по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, строительных площадок (экскаваторы, строительные краны, бетоноукладчики, напольный производственный транспорт); технологическая, воздействующая на операторов стационарных машин или передающаяся на рабочие места, не имеющие источников вибрации (станки металло- и деревообрабатывающие, кузнечно-прессовое оборудование, насосные агрегаты и вентиляторы, буровые станки).
Санитарно-гигиеническое нормирование вибрации проводится в соответствии с ГОСТ 12.1.012-90 «Вибрационная безопасность», «Санитарными нормами вибрации рабочих мест» № 3044-88, «Санитарными нормами и правилами при работе с машинами и оборудованием, создающими локальную вибрацию, передающуюся на руки работающих» № 3041-84.
Нормируемыми параметрами вибрации являются среднеквадратичные значения виброскорости v, м/с (виброускорения v2, м/с2) или их логарифмические уровни, L, дБ (под которыми понимается логарифмическое отношение текущего среднеквадратичного значения виброскорости (виброускорения) к соответствующему ему пороговому значению), в октавных полосах частот
L = 20lg(v/v0) = 10lg(v2/v02),
где v0 и v02 – соответственно пороговые значения виброскорости (5∙10-8) и виброускорения (3∙10-4).
Соотношение между логарифмическими уровнями виброскорости в дБ и ее значениями в м/с приводится в приложении 2.
Для локальной вибрации гигиенические нормы установлены в октавных, а для общей вибрации – в октавных и третьоктавных полосах частот. Гигиенические нормы в логарифмических уровнях среднеквадратичных значений виброскорости для октавных полос частот показаны на рис. 18.
Последствия воздействия вибрации на человека зависят от ее спектрального состава, направления, места приложения, продолжительности воздействия, от индивидуальных особенностей организма.
Систематическое воздействие вибрации вызывает патологические изменения сердечно-сосудистой и центральной нервной систем, нарушение функций вестибулярного аппарата, изменения со стороны костных тканей и суставов, спинного мозга.
Низкочастотная вибрация влияет на обменные процессы организма, изменяет состав крови. Высокочастотная вибрация приводит к сосудистым расстройствам. Все перечисленные признаки носят название вибрационной болезни, которая субъективно проявляется в онемении конечностей, боли в суставах, головной боли, бессоннице, снижении остроты зрения. Решающее значение в развитии вибрационной болезни имеют уровень интенсивности вибрации и время ее воздействия.
Наиболее опасной считается вибрация в диапазоне частот 1-30 Гц, поскольку в этом же диапазоне организм имеет собственные резонансные частоты (Гц): живот – 2-3, руки и ноги – 2-8, грудная клетка – 2-12, плечевой пояс – 4-6, внутренние органы – 6-9, мозг – 7-10, голова – 25-30.
Крайне нежелательным для организма является совместное действие вибрации, шума и низких температур.
К основным методам снижения вибрации относятся виброизоляция и вибропоглощение. Если на рабочем месте вибрация выше допустимой, применяют средства индивидуальной защиты.
Виброизоляция применяется для снижения вибрации рукояток управления, подножек, площадок и сидений мелиоративных и строительных машин, а также с целью снижения силового воздействия на рабочие площадки, здания и сооружения, находящиеся в зоне действия вибрации.
В качестве упругих элементов в виброизоляторах используют стальные пружины, резину, воздух, полимерные материалы. Упругие элементы могут работать на сжатие, растяжение, кручение, изгиб, смятие, а также подвергаться сложному нагружению. Несмотря на многообразие практических задач, все они основаны на одном принципе – использовании упругой связи, устанавливаемой между элементом, являющимся источником вибрации, и элементом, защищаемым от ее воздействия. Порядок расчета виброизоляции рабочего места операторов самоходных машин изложен в ГОСТ 12.4.025-76 ССБТ.
Вибропоглощение заключается в устранении резонансных режимов и вибродемпфировании технологического оборудования, способствующих уменьшению уровня вибрации посредством превращения энергии механических колебаний в другие виды энергии.
Рис. 18. Гигиенические нормы вибрации на 8-часовую смену (ГОСТ 12.1.012-78): 1...3 – общая вибрация; 1 – транспортная (1' – вертикальная, 1" – горизонтальная); 2 – транспортно-технологическая; 3а – в производственных помещениях; 3б – в служебных помещениях на судах; 3в – в производственных помещениях без вибрирующих машин; 3г – в помещениях административно-управленческих и для умственного труда; 4 – локальная вибрация во всех направлениях.
Такое превращение достигается использованием конструктивных материалов с большим внутренним трением, нанесением на поверхность изделия слоя упруговязких материалов, использованием поверхностного трения путем введения в конструкцию дополнительного поглощающего элемента или покрытия, увеличивающего активные потери в системе, а также переводом механической колебательной энергии в энергию электромагнитного поля.
Достаточно эффективны упруговязкие покрытия в виде мастик, наносимых на элементы конструкций, машин и агрегатов, а также в виде масляных ванн (для зубчатых зацеплений).