16. Вибрация, ее виды и действие на организм
Различают следующие механические колебания:
Импульсные;
Ударного воздействия;
Вибрацию.
Примеры импульсных колебаний - взрыв, стрельба из орудия.
Сила механических колебаний (характеризуется перепадом давления):
0,2 кг/см2 - боль в ушах, сдавливание грудной клетки. Это предельная допустимая нагрузка на человека при которой не возникает патологии;
0,3 кг/см2 - резкая боль в ушах, разрыв барабанных перепонок, кровоизлияние внутренних органов;
1 кг/м2 - перелом конечностей, разрыв внутренних органов (тяжёлая контузия).
Виды механических колебаний:
тряска;
толчки;
удар.
Измеряется при ходьбе = 0,42 g, в транспорте = 7 g (g = 9,8 м/с2).
Действие: угнетается нервная система, повышается утомляемость, подавляется обмен веществ.
Ограничивает: горизонтальный,вертикальный наклон 0,25 - 2,5 g.
Измеряется в перемещении, смещении( мм, см/сек, см/сек2, Гц).
толчки (4 - 6 Гц)
сотрясение (6 - 11 Гц)
дрожание (до 30 Гц)
Действие: гидродинамический удар по сосудистой системе, спазм мелких сосудов, изменение артериального давления, укачивание. Небольшой интенсивности, но длительно расстраивает нервную систему, боль в конечностях, через 3 - 4 месяца появляется вибрационная болезнь (особенно опасно для женского организма, так как может произойти отрыв органов).
17.Нормирование вибраций
При нормировании общих вибраций их подразделяют по источнику возникновения на:
- транспортные
- транспортно-технологические
- технологические
Вибрацию подразделяют по направлению действия - вдоль оси 0x, y, z
Нормируемый диапазон общих вибраций составляет до 63 ГцНормирования по времени:
1 постоянные для которых уровень виброскорости или виброускорения измеряется не более чем в 2 раза за 1 минуту наблюдения
2 непостоянные вибрации подразделяют на:
- колеблющиеся во времени, у которых уровни изменяются непрерывно
- прерывистые когда прерывается контакт оператора систем в процессе работы. Причем длительность контакта составляет более 1 секунды
- импульсные, состоящие из нескольких вибрационных воздействий каждый длительностью менее 1 секунды
Нормируемыми параметрами общих вибраций с учетом всех перечисленных факторов является: смещение, виброскорость, виброускорение, уровни Lv, La для каждого среднегеометрического значения актавных и 1/3 активных полос.
При нормировании местных вибраций производится по тем же параметрам по осям x, y, z в актавных полосах диапазона частот от 1 до 1000 Гц
Суммарное время работы с виброинструментом при 8-часовом рабочем дне и 5-дн. раб.неделе не должно превышать для наладчика 15% рабочего времени смены
18. Методы борьбы с вибрацией
Виброзащита осуществляется следующими основными методами:
♦ снижением виброактивности источника вибрации;
♦ применением вибродемпфирующих (вибропоглощающих) покрытий, приводящих к снижению интенсивности пространственной вибрации конструкции за счет рассеяния энергии механических колебаний;
♦ виброизоляцией, когда между источником и защищаемым объектом размещается дополнительное устройство, так называемыйвиброизолятор. Различают виброизоляцию при силовом и кинематическом возбуждении;
♦ динамическим гашением вибрации, при котором к защищаемому объекту присоединяется дополнительная механическая система, изменяющая характер его колебаний. Средства реализации этого метода: динамические виброгасители и фундаменты (основания);
♦ активным гашением вибрации, когда для виброзащиты используется дополнительный источник вибрации, который в сравнении с основным источником генерирует колебания той же амплитуды, но противоположной фазы.
К средствам индивидуальной защиты относятся виброзащитные подставки, сиденья, рукоятки, рукавицы, обувь.
Снижение виброактивности конкретного источника вибрации зависит от особенностей его работы. Общим подходом к решению этой задачи является уменьшение энергии возмущающих сил за счет уменьшения частоты вращения или размеров вращающихся масс и соответственно линейных скоростей или перераспределение этой энергии во времени, сделав, например, более плавным процесс сгорания топлива в энергетической установке.
К эффективным средствам снижения виброактивности источника относится также замена металлических деталей на пластмассовые (из капрона, текстолита и т. п.), обладающие большим внутренним трением.
Для снижения вибрации машин, совершающих возвратно-поступательное движение, большое значение имеет сокращение допусков для уменьшения зазоров в соединениях.
Важную роль в снижении виброактивности имеет балансировка вращающихся частей машин, которую осуществляют на специальных станках. Балансировка может быть статическая, когда неуравновешенные массы ротора приводятся к одной эквивалентной массе, смещенной относительно оси вращения, и динамическая, когда балансировку проводят двумя массами, располагаемыми в двух плоскостях.
Вибрации подшипников и зубчатых передач зависят от точности изготовления деталей, окружной скорости колес, нагрузки, условий смазки. Основной способ снижения вибрации зубчатых колес — обеспечение высокой точности изготовления с использованием процесса шлифования зубьев. Вибрацию также можно снизить путем демпфирования колебаний в масляном слое и изготовлением колес из материалов с высокими демпфирующими свойствами.
При вибродемпфировании снижение вибрации происходит за счет рассеяния энергии механических колебаний в результате необратимого преобразования ее в тепловую при возникающих в материале конструкции деформациях. В результате амплитуда упругих волн, распространяющихся по конструкциям, уменьшается по мере удаления от источника.
Применяются следующие методы демпфирования конструкций:
♦ изготовление деталей из материалов, обладающих большим коэффициентом потерь: чугун, сплавы меди и марганца, некоторые виды пластмасс (например, сплавы меди имеют коэффициент потерь, равный 0,2, а текстолит — 0,4);
♦ нанесение на детали конструкции вибродемпфирующих покрытий;
♦ использование вибродемпфирующих засыпок из сухого песка, чугунной дроби, а также жидкостных прослоек.
В свою очередь вибродемпфирующие покрытия (ВДП) подразделяются на:
♦ жесткие, которые представляют собой слой жесткой пластмассы, нанесенной на конструкцию. В них колебательная энергия поглощается вследствие деформаций растяжения и сжатия вдоль пластины. Иногда между покрытием и демпфируемым листом устанавливают прослойку из легкого жесткого материала, например пенопласта. Отнесение демпфирующего слоя от пластины создаст эффект рычага, увеличивает деформации растяжения-сжатия при колебаниях пластины, а следовательно, и потери колебательной энергии в покрытии. Покрытия этого типа дают наибольший эффект на низких и средних частотах, на высоких частотах их эффективность падает;
♦ армированные, которые представляют собой слой вязкоуп-ругого материала с нанесенным тонким армирующим слоем жесткого материала (металла). Например, вибродемпфирую-щее покрытие «Полиакрил-В» состоит из армирующего слоя (алюминиевая фольга) толщиной 0,06 мм и липкого вязкоуп-ругого толщиной 0,1 мм, соединяющего ВДП с деформируемой пластиной;
♦ мягкие, которые представляют собой слой вязкоупругого материала, в котором при поперечных перемещениях поверхности демпфируемой пластины возникают упругие волны (волны сжатия), распространяющиеся по нормали к пластине. При определенных частотах, когда по толшине покрытия укладывается целое число полуволн, покрытие интенсивно поглощает колебания основной пластины. Такие волновые резонансы начинаются на частотах в сотни герц, причем, так как коэффициент потерь высок, резонансы не выражены отчетливо. Коэффициент потерь этих материалов достаточно высок. Эффективность мягких вибродемпфирующих покрытий возрастает, если в резиновом массиве сделать воздушные полости. Для расширения диапазона рабочих частот в сторону низких частот можно увеличивать толщину слоя (2—3 толщины демпфируемой пластины);
♦ комбинированные, которые совмещают несколько механизмов поглощения и обеспечивают более широкий частотный диапазон работы. Применяются слоеные вибродемпфирую-щие материалы, например «сандвич» — два стальных листа, между которыми резиноподобный слой. Коэффициент потерь его максимален на средних частотах.
Слой сыпучего вибродемпфирующего материала ведет себя подобно мягкому ВДП. Песок применяют в качестве засыпки в пустотелых конструкциях (их резонансные частоты при этом понижаются из-за изменения массы). В качестве сыпучего вибродемпфирующего материала используют также чугунную дробь, применяемую для дробеструйных работ (диаметр до 0,5 мм), и алюминиевые гранулы. Жидкостные прослойки применяют для вибродемпфирования в виде вязких жидкостей между двумя жесткими слоями. С помощью жидкостных прослоек из глицерина, касторового или силиконового масла можно получить коэффициент потерь порядка 0,1. Применение этого типа покрытий ограничивают трудности, связанные с необходимостью обеспечения герметизации.
Виброизоляция — это уменьшение передачи колебаний от источника возбуждения защищаемому объекту при помощи устройств, помещаемых между ними. В качестве таких устройств могут быть: виброизоляторы (пружинные, резиновые, комбинированные и др.); гибкие вставки в коммуникациях воздуховодов и в местах их прохождения через строительные конструкции; «плавающие» полы (настил пола отделяется от перекрытия упругими прокладками) и др, Более эффективными являются системы виброизоляции, в которых применяются различные виды силовых приводов: гидравлические, пневматические или электромагнитные системы.
Динамическое виброгашение — это метод виброзащиты, заключающийся в присоединении к объекту виброзащиты дополнительных устройств с целью изменения характера его колебаний.
Изменение колебаний объекта при динамическом гашении может осуществляться как путем перераспределения колебательной энергии от объекта к гасителю, так и увеличением рассеяния колебаний. В первом случае это — инерционные динамические гасители, которые применяют, как правило, для подавления моногармонических или узкополосных случайных колебаний. В случае широкополосной вибрации предпочтительным является присоединениие к объекту дополнительных демпфирующих элементов — поглотителей колебаний.
Вибрационная защита с помощью пассивных систем оказывается малоэффективной при возбуждении в области низких частот, а также при действии вибрации с широким спектром. В этих случаях все большее применение находят управляемые системы виброзащиты, получившие название активных.
Активноевиброгашение сводится к компенсации дополнительным источником энергии сил, вызывающих вибрацию защищаемого объекта. Активные системы виброгашения применяются для защиты технических средств в тех областях, где предъявляются особо жесткие требования к допустимому уровню вибрации: при виброизоляции прецизионных станков и стартовых платформ ракет, для защиты пилота от перегрузок и повышения комфортности транспортных средств.
Активные системы виброгашения содержат чувствительные элементы, управляющие, усилительные и исполнительные устройства. В качестве чувствительных элементов используют датчики, регистрирующие силы возбуждения или его кинематические параметры — перемещение, скорость, ускорение. После усиления сигналы подаются в исполнительное устройство, формирующее управляющее воздействие.
В зависимости от вида исполнительного устройства различают гидравлические, пневматические, электромеханические, электромагнитные системы активной виброизоляции. Выбор типа системы определяется предъявляемыми к ней техническими требованиями. При необходимости обеспечения высокой статической жесткости целесообразно использовать гидравлическую систему. Пневматические системы позволяют получать малые величины статической жесткости. Электромагнитные системы обладают малой инерционностью и позволяют в широких пределах варьировать амплитудно-частотные характеристики.
Широкое применение метода активной виброзащиты сдерживается невозможностью обеспечения широкой частотной полосы гашения, сложностью необходимой аппаратуры. Однако при снижении вибрации на дискретных частотах применение активных методов компенсации может быть целесообразно по техническим, конструктивным и экономическим соображениям.
К средствам индивидуальной защиты оператора относятся платформы, сиденья, рукоятки.
Виброзащитные платформы (площадки) — наиболее приемлемые средства зашиты от обшей вибрации при работе стоя. Основной частью подставки является опорная плита, на которой стоит и выполняет работу оператор. Средства виброизоляции могут размещаться сверху плиты, снизу плиты или с обеих сторон одновременно. В зависимости от принятой схемы их взаимного расположения виброзащитные платформы изготавливают с опорными, встроенными, накладными или комбинированными виброизоляторами. На практике применяются различные конструктивные схемы платформ: с резиновыми, пневмобаллонными и пружинными виброизоляторами.
Виброзащитные сиденья применяют, если оператор выполняет работу сидя. Рабочие места, расположенные на транспортных средствах, оснащают подрессоренными сиденьями. Для эффективной виброзащиты в диапазоне частот 2...20 Гц собственная частота системы сиденье—человек должна быть около [ Гц, что соответствует статическому перемещению такой системы под собственным весом порядка 25 см.
Виброзащитные рукоятки предназначены для защиты от локальной вибрации рук оператора. Например, для снижения действия вибрации, передаваемой на руку человека отбойным молотком, он оснащается специальной виброгасящей рукояткой, которая позволяет в несколько раз снизить уровень передаваемой вибрации.
К средствам индивидуальной зашиты от вибраций относятся также СИЗ для рук и ног. В качестве СИЗ для рук применяются рукавицы и перчатки, вкладыши и прокладки.
Виброзащитные рукавицы отличаются от обычных рукавиц тем, что на их ладонной части или в нахчадке закреплен упругодемпфируюший элемент, который выполняется из поролона или губчатой резины.
Виброзащитная обувь изготавливается в виде сапог, полусапог и полуботинок с упругодемпфирующим низом обуви и применяется в условиях общей вибрации.
В целях профилактики вибрационной болезни для работающих с вибрирующим оборудованием рекомендуется специальный режим труда. Так, при работе с ручными машинами, удовлетворяющими требованиям санитарных норм, суммарное время работы в контакте с вибрацией не должно превышать 2/3 рабочей смены. При этом продолжительность одноразового непрерывного воздействия вибрации, включая микропаузы, входящие в данную операцию, не должна превышать для ручных машин 15-20 мин.
При таком режиме труда (если прочие факторы условий труда соответствуют санитарным нормам) рекомендуется устанавливать обеденный перерыв не менее 40 мин и два регламентированных перерыва (для активного отдыха, проведения производственной гимнастики по специальному комплексу и физиопрофилактических процедур): 20 мин через 1 -2 ч после начала смены и 30 мин через 2 ч после обеденного перерыва.
Для работающих в условиях вибрации при наличии других неблагоприятных факторов (шума, температуры, вредных веществ, излучения и др.), превышающих санитарные нормы, режимы труда и отдыха должны устанавливаться на основе изучения изменения работоспособности, отражающей степень неблагоприятного воздействия всего комплекса факторов условий труда на организм человека.
При работе с вибрирующим оборудованием рекомендуется включать в рабочий цикл технологические операции, не связанные с воздействием вибраций. Рабочие, у которых обнаружена вибрационная болезнь, временно, до решения ВТЭК, должны быть переведены на работу, не связанную с вибрацией, значительным мышечным напряжением и охлаждением рук.