ДЕЙСТВИЕ ВИБРАЦИИ НА ОРГАНИЗМ
ЧЕЛОВЕКА И ЗАЩИТА ОТ НЕЁ.
1.Физические характеристики вибраций.
Под вибрацией понимается движение точки или механической системы, при котором происходит поочередное возрастание и убывание во времени значений, по крайней мере , одной координаты. Можно сказать, что вибрация – это малые механические колебания, возникающие в упругих телах под воздействием переменного физического поля.
Причиной возбуждения вибраций являются возникающие при работе машин и агрегатов неуравновешенные силовые воздействия. В одних случаях их источниками являются возвратно-поступательные движущиеся системы; в других случаях неуравновешенные вращающиеся массы. Иногда вибрации создаются ударами деталей. Величина дисбаланса во всех случаях приводит к появлению неуравновешенных сил, вызывающих вибрацию. Причиной дисбаланса может явиться неоднородность материала вращающегося тела, несовпадение центра массы тела и оси вращения, деформация деталей от неравномерного нагрева при горячих и холодных посадках и т.п.
Воздействие вибраций на человека чаще всего связано с колебаниями, обусловленными внешним переменным силовым воздействием на машину либо отдельную её систему. Возникновение такого рода колебаний может быть связано не только с силовым, но и с кинематическим возбуждением, например, в транспортных средствах при их движении по неровному пути.
Основными параметрами вибраций, происходящей по синусоидальному закону являются: амплитуда виброперемещения Хm, амплитуда колебательной скорости Vm, амплитуда колебательного ускорения αm, период колебаний Т, частота f, связанная с периодом колебаний соотношением f=1/Т.
Вибросмещение в случае синусоидальных колебаний определяют по формуле
Χ=Хmsin(ωt + φ)
Где ω – угловая частота (ω=2πf);
Φ – начальная фаза вибросмещения.
В большинстве случаев начальная фаза в задачах охраны труда значения не имеет и может не учитываться.
В общем случае физическая величина, характеризующая вибрацию, является некоторой функцией времени: v=v(t). Математическая теория показывает, что такой процесс можно представить в виде суммы бесконечно длящихся синусоидальных колебаний с различными периодами и амплитудами. В случае периодического процесса частоты этих составляющих кратны основной частоте процесса:
fn=nf1
где n=1,2,3,…, f1- основная частота процесса.
Амплитуды гармоник определяют по формулам разложения в ряд Фурье. Если же процесс не имеет определенного периода (случайные или кратковременные одиночные процессы), то число таких синусоидальных составляющих становиться бесконечно большим, а их частоты распределяются непрерывным образом, при этом амплитуды определяют разложением по формуле интеграла Фурье.
Таким образом, спектр периодического или квазипериодического колебательного процесса является дискретным, а случайного или кратковременного одиночного процесса – непрерывным. Чаще всего в дискретном спектре наиболее ярко выражена основная частота колебаний. Если процесс представляет собой сложение нескольких периодических процессов, частоты отдельных составляющих в его спектре могут быть не кратными друг другу, т.е. имеет место квазипериодический процесс. Если же процесс есть результат суммирования нескольких периодических и случайных процессов, спектр его является смешанным, т.е. изображается в виде непрерывного и дискретного спектров, наложенных друг на друга.
В силу специфических свойств органов чувств определяющими являются действующие значения параметров, характеризующих вибрацию. Поэтому для характеристики вибрации используют спектры действующих значений параметров или средних квадратов последних. При оценке суммарного воздействия колебаний различных частот или отдельных источников следует иметь в виду, что при сложении некогерентных колебаний результирующую виброскорость (ускорение, смещение) находят соответствующим суммированием мощностей отдельных составляющих спектра (или отдельных источников) или, что одно и то же, суммированием средних квадратов виброскорость: V2∑ =V21+V22+…+V2n, где n- число составляющих в спектре.
Изображение непрерывного спектра требует обязательной оговорки о ширине ∆f элементарных частотных полос, к которым относится изображение. Если f1- нижняя граничная частота данной полосы частот, f2- верхняя граничная частота, то в качестве частоты характеризующей полосу в целом, берется среднегеометрическая частота:
Fс.г.=√¯f1·f2.
В практике виброакустических исследований весь диапазон частот вибраций разбивают на октавные диапазоны. В октавном диапазоне верхняя граничная частота вдвое больше нижней. Анализ и построение спектров параметров вибрации могут производиться также в третьоктавных полосах частот, где f2/f1=3√¯2. Среднегеометрические частоты октавных полос частот вибрации стандартизованы и составляют 1, 2, 4, 16, 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц.
Учитывая, что абсолютные значения параметров, характеризующих вибрацию, изменяются в очень широких пределах, в практике виброакустических исследований используют понятие логарифмического уровня колебаний. ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ КОЛЕБАНИЙ – характеристика колебаний, сравнивающая две одноименные физические величины, пропорциональные десятичному логарифму отношения оцениваемой и исходного значения величины. В качестве последнего используются опорные значения параметров, принятые за начало отсчета. Измеряются уровни в децибелах (дБ). Уровень виброскорости определяется по формуле:
Lv=10lg(V2/V20) = 20lg(Vд/V0),
Где V2- средний квадрат виброскорости, взятый в соответствующей полосе частот; V0- пороговое значение виброскорости, равное 5·10-8 м/с, стандартизованное в международном масштабе.
Спектры уровней виброскорости являются основными характеристиками вибраций. Снижение уровня вибраций определяется разностью ∆Lv=Lv1-Lv2, где Lv1 и Lv2- соответственно уровни вибраций до и после проведения мероприятий по их уменьшению.