а) Общая вибрация- это колебание всего тела, передающееся с рабочего места.

Исследования особенностей механического эффекта общей вибрации показали следующее. Тело человека благодаря наличию мягких тканей, костей, суставов, внутренних органов представляет собой сложную колебательную систему, механическая реакция которой зависит от параметров вибрационного воздействия. При частоте менее 2 Гц тело отвечает на общую вибрацию как жесткая масса. На более высоких частотах тело реагирует как колебательная система с одной или несколькими степенями свободы, что проявляется в резонансном усилении колебаний на отдельных частотах. Для сидящего человека резонанс находится на частотах 4-6 Гц, в положении стоя обнаружены 2 резонансных пика: в 5 и 12 Гц. Собственная частота колебаний таза и спины - 5 Гц, а системы грудь-живот - 3 Гц.

При длительном воздействии общей вибрации возможны механические повреждения тканей, органов и различных систем организма (особенно при возникновении резонанса собственных колебаний тела и внешних воздействий). Вот почему механическое воздействие вибрацией часто ведет к возникновению многообразных патологических реакций у водителей грузовых машин, трактористов, летчиков и т. д.

б) Локальная вибрация- действует на отдельные части орга­низма (верхние конечности, плечевой пояс, сосуды сердца).

При исследовании особенностей механического эффекта воздействия локальной вибрации на организм человека было установлено, что вибрация, приложенная к любому участку, генерируется по всему телу. Зона распространения при воздействии низкой частоты вибрации больше, так как поглощение колебательной энергии при ней в структурах тела меньше. При систематическом вибрационном воздействии низкочастотных колебаний в первую очередь поражаются мышцы, и тем сильнее, чем большего мышечного напряжения требует работа с инструментом.

У рабочих, длительное время использующих ручные машины, возникают, разнообразные изменения в мышцах плечевого пояса, рук и кистей. Связано это как с непосредственной травматизацией мышц, так и с нарушениями регуляции вследствие поражений ЦНС. Под влиянием локальной вибрации возникают также костно-суставные изменения, особенно в локтевых и лучезапястных суставах, в мелких суставах кистей. Костно-суставные деформации происходят из-за нарушения дисперсности тканевых коллоидов, в результате чего кость теряет способность связывать соли кальция.

Действие вибрации на нервную систему вызывает нарушение равновесия нервных процессов в сторону преобладания возбуждения, а затем - торможения. Корковые отделы головного мозга чутко реагируют на вибрацию. Особенно чувствительными к действию локальной вибрации являются отделы симпатической нервной системы, регулирующие тонус периферических сосудов.

Обследования рабочих различных профессиональных групп: обрубщиков, клепальщиков, шлифовщиков, бурильщиков - позволили установить, что спазм капилляров чаще бывает при вибрациях с частотой свыше 35 Гц, а при меньших частотах у капилляров обычно наступает атоническое состояние. У больных, подвергавшихся воздействию локальной вибрации, в первую очередь наблюдаются изменения на реограммах пальцев и кисти, а вследствие общего воздействия вибрации - на реограммах стоп и на реоэнцефалограммах. У многих больных наблюдали изменения ЭКГ, частоты пульса, артериального давления, показателей мозгового кровообращения.

Действие вибрации на вестибулярный аппарат приводит к возникновению разнообразных вестибулосоматических и вестибуловегетативных реакций. Воздействие на зрение, особенно на резонансных частотах 20-40 и 60-90 Гц, увеличивает амплитуду колебаний глазного яблока и ухудшает остроту зрения, снижает цветовую чувствительность, суживает границы поля зрения.

Нормируемый диапазон частот для технологической вибрации, для вибрации на рабочих местах работников умственного труда устанавливается в виде октавных полос со среднегеометрическими частотами:

Для локальной вибрации -2; 4;8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц;

Для общей вибрации - 2; 4; 8; 16; 31,5; 63 Гц.

Время воздействия вибрации принимается paвным длительности непрерывного или суммарного воздействия измеряемого в минутах или часах.

Нормируемыми показателями вибрационной нагрузки на оператора на рабочих местах в процессе труда являются одночисловые параметры (корректированное по частоте значение контролируемого параметра, доза вибрации, эквивалентное корректированное значение контролируемого параметра) или спектр вибрации (приложения 1-4).

Вибрационная нагрузка на оператора нормируется для каждого направления действия вибрации.

Для локальной вибрации норма вибрационной нагрузки на оператора обеспечивает отсутствие вибрационной болезни, что соответствует критерию "безопасность".

Для общей вибрации нормы вибрационной нагрузки на оператора установлены для категорий вибрации и соответствующих им критериям оценки по табл.1.

Категории вибрации	критерии оценки	Характеристика условий труда
	безопасность	Транспортная вибрация, воздействующая на операторов подвижных самоходных и прицепных машин и транспортных средств при их движении по местности, агрофонам и дорогам, в том числе при их строительстве
	граница снижения производитель-ности труда	Транспортно-технологическая вибрация, воздействующая на операторов машин с ограниченной подвижностью, перемещающихся только по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок и горных выработок
3 тип "а"	граница снижения производитель- ности труда	Технологическая вибрация, воздействующая на операторов стационарных машин и оборудования и передающаяся на рабочие места, не имеющие источников вибрации
3 тип ""в"	комфорт	Вибрация на рабочих местах работников умственного труда и персонала, не занимающегося физическим трудом

Критерий "безопасность" означает ненарушение здоровья оператора, оцениваемого по объективным показателям с учетом риска возникновения предусмотренных медицинской классификацией профессиональной болезни и патологии, а также исключающий возможность возникновения травмоопасных или аварийных ситуаций из-за воздействия вибрации.

Критерий «граница снижения производительности труда» означает поддержание нормативной производительности труда оператора, не снижающийся из-за развития усталости под воздействием вибрации.

Критерий "комфорт" означает создание условий труда, обеспечивающих оператору ощущение комфортности при полном отсутствии мешающего действия вибрации.

Методы и средства защиты от вибрации.

Для защиты от вибрации применяют следующие методы: снижение виброактивности машин; отстройка от резонансных частот; вибродемпфирование; виброизоляция; виброгашение, а также индивидуальные средства защиты. Снижение виброактивности машин (уменьшение Fm) достигается изменением технологического процесса, применением машин с такими кинематическими схемами, при которых динамические процессы, вызываемые ударами, ускорениями и т. п. были бы исключены или предельно снижены, например, заменой клепки сваркой; хорошей динамической и статической балансировкой механизмов, смазкой и чистотой обработки взаимодействующих поверхностей; применением кинематических зацеплений пониженной виброактивности, например, шевронных и косозубых зубчатых колес вместо прямозубых; заменой подшипников качения на подшипники скольжения; применением конструкционных материалов с повышенным внутренним трением.

Отстройка от резонансных частот заключается в изменении режимов работы машины и соответственно частоты возмущающей вибросилы; собственной частоты колебаний машины путем изменения жесткости системы, например установкой ребер жесткости или изменения массы системы (например, путем закрепления на машине дополнительных масс).

Вибродемпфирование - это метод снижения вибрации путем усиления в конструкции процессов трения, рассеивающих колебательную энергию в результате необратимого преобразования ее в теплоту при деформациях, возникающих в материалах, из которых изготовлена конструкция. Вибродемпфирование осуществляется нанесением на вибрирующие поверхности слоя упруговязких материалов, обладающих большими потерями на внутреннее трение,- мягких покрытий (резина, пенопласт ПХВ-9, мастика ВД17-59, мастика «Анти-вибрит») и жестких (листовые пластмассы, стеклоизол, гидроизол, листы алюминия); применением поверхностного трения (например, прилегающих друг к другу пластин, как у рессор); установкой специальных демпферов.

Виброгашение (увеличение массы системы) осуществляют путем установки агрегатов на массивный фундамент. Виброгашение наиболее эффективно при средних и высоких частотах вибрации. Этот способ нашел широкое применение при установке тяжелого оборудования (молотов, прессов, вентиляторов, насосов и т. п.).

Повышение жесткости системы, например путем установки ребер жесткости. Этот способ эффективен только при низких частотах вибрации.

Виброизоляция заключается в уменьшении передачи колебаний от источника к защищаемому объекту при помощи устройств, помещаемых между ними. Для виброизоляции чаще всего применяют виброизолирующие опоры типа упругих прокладок, пружин или их сочетания. Эффективность виброизоляторов оценивают коэффициентом передачи КП, равным отношению амплитуды виброперемещения, виброскорости, виброускорения защищаемого объекта, или действующей на него силы к соответствующему параметру источника вибрации. Виброизоляция только в том случае снижает вибрацию, когда КП < 1. Чем меньше КП, тем эффективнее виброизоляция.

Профилактические меры по защите от вибраций заключаются в уменьшении их в источнике образования и на пути распространения, а также в применении индивидуальных средств защиты, проведении санитарных и организационных мероприятий.

Уменьшения вибрации в источнике возникновения достигают изменением технологического процесса с изготовлением деталей из капрона, резины, текстолита, своевременным проведением профилактических мероприятий и смазочных операций; центрированием и балансировкой деталей; уменьшением зазоров в сочленениях. Передачу колебаний на основание агрегата или конструкцию здания ослабляют посредством экранирования, что является одновременно средством борьбы и с шумом.

Если методы коллективной защиты не дают результата или их нерационально применять, то используют средства индивидуальной защиты. В качестве средств защиты от вибрации при работе с механизированным инструментом применяют антивибрационные рукавицы и специальную обувь. Антивибрационные полусапоги имеют многослойную резиновую подошву.

Длительность работы с вибрирующим инструментом не должна превышать 2/3 рабочей смены. Операции распределяют между работниками так, чтобы продолжительность непрерывного действия вибрации, включая микропаузы, не превышала 15...20 мин. Рекомендуется делать перерывы на 20 мин через 1...2ч после начала смены и на 30 мин через 2 ч после обеда.

Реферат на тему:

«ВИБРАЦИЯ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА»

Введение

Вибрация представляет собой механические колебания, простейшим видом которых являются гармонические колебания.

Вибрация возникает при работе машин и механизмов, имеющих неуравновешенные и несбалансированные вращающиеся органы с движениями возвратно-поступательного и ударного характера. К такому оборудованию относятся металлообрабатывающие станки, ковочные и штамповочные молоты, электро- и пневмоперфораторы, механизированный инструмент, а также приводы, вентиляторы, насосные установки, компрессоры. С физической точки зрения между шумом и вибрацией принципиальных различий нет. Разница заключается в восприятии: вибрация воспринимается вестибулярным аппаратом и средствами осязания, а шум органами слуха. Колебания механических тел с частотой менее 20 Гц воспринимаются как вибрация, более 20Гц - как вибрация и звук.

Вибрацию применяют на предприятиях стройиндустрий при уплотнении и укладки бетонной смеси, дроблении и сортировке инертных материалов, разгрузке и транспортировании сыпучих материалов и т.д.

Под воздействием вибрации в организме человека наблюдается изменение сердечной деятельности, нервной системы, спазм сосудов, изменения в суставах, приводящие к ограничению их подвижности. Длительное воздействие вибраций приводит профессиональному заболеванию - вибрационной болезни. Она выражается в нарушении многих физиологических функций человека. Эффективное лечение возможно только на ранней стадии заболевания. Очень часто в организме наступают необратимые изменения, приводящие к инвалидности.

Рис. Вероятность отсутствия виброболезни: 1-7- при продолжительности работы соответственно 1,2,5,10,15,20 и 25 лет.

Простейшей колебательной системой с одной степенью свободы является масса, укрепленная на пружине. Эта система совершает гармонические или синусоидальные колебания.

Основными параметрами, характеризующими вибрацию, являются: амплитуда (наибольшее отклонение от положение равновесия) А, м; частота колебаний f, Гц (число колебаний в секунду); колебательная скорость V, м/с; ускорение колебаний W, м/с 2 ; период колебаний Т, сек.

Степень воздействия вибрации на физиологические ощущения человека определяется величиной колебательного ускорения и скоростью колебаний:

, м/c,(2.5.26)

, м/c 2 , (2.5.27)

где f- число колебаний в 1 c;

A- амплитуда колебаний, м.

Вибрация отмечается вблизи оборудования, при работе пневматического инструмента, при неправильной балансировке валов машин, при транспортировании жидкостей и газов по трубопроводам, при технологических процессах укладки бетона с применением вибрационных агрегатов.

Вибрацию не синусоидального характера всегда можно представить в виде суммы синусоидальных составляющих с помощью разложения в ряд Фурье.

Для исследования вибрации весь диапазон частот (так как и для шума) разбивается на основные диапазоны. Среднегеометрические значения частот, на которых исследуют вибрацию, следующие: 2, 4, 8, 16, 31, 50, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц. Уровни вибраций измеряются не на каждой отдельной частоте, а в некоторых полосах (интервалах) частот октавных и третьоктавных. У октавных отношение верхних границ частот к нижней fв/fн=2, а у третьоктавных . Учитывая, что абсолютные значения параметров характеризующих вибрацию, применяются в широких пределах, на практике пользуются понятием уровней параметров виброскорости (V) и виброускорения (W).

Согласно ГОСТ 12.1.012-90 ”Вибрация, общие требования безопасности” (ССБТ). Логарифмитические уровни виброскорости Lv и виброускорения Lw определяются по формуле:

; (2.5.28)

где V, W-колебательная скорость,м/с и виброускорение, м/с² ;

V 0 , Wо -пороговые значения скорости и ускорения м/с, м/с 2 .

Вибрация, воздействующая на человека, нормируется для каждого направления в каждой октавной полосе. Важное гигиеническое значение имеет частота вибраций. Частоты порядка 35-250 Гц наиболее характерные при работе с ручным инструментом, могут вызвать вибрационную болезнь со спазмой сосудов.

Частоты ниже 35 Гц вызывают изменения в нервно-мышечной системе и суставах. Наиболее опасны производственные вибрации равные или близкие к частоте колебания человеческого организма или отдельных органов и равные 6-10 Гц (собственная частота колебаний рук и ног 2-8 Гц, живота 2-3 Гц, груди 1-12 Гц). Колебания с такой частотой влияют на психологическое состояние человека. Одной из причин гибели людей в Бермудском треугольнике может являться колебание водной среды в спокойную погоду, когда частота колебаний равна 6-10 Гц. Частота колебания небольших судов совпадает с частотой колебания среды и у людей появляется чувство опасности, страха. Моряки стремятся покинуть корабль. Длительная вибрация может привести к гибели людей. Вибрация оказывает опасное действие на отдельные органы тела и организм человека в целом, нарушая нормальное функционирование нервной системы и органов, связанных с обменом веществ. Вибрация может вызывать нарушения деятельности сердечно-сосудистых и дыхательных органов, заболевания рук и суставов. Особенно опасны вибрации с большой амплитудой, которые оказывают в основном неблагоприятное действие на костно-суставный аппарат. При малой интенсивности и кратковременном воздействии вибрация оказывает даже благоприятное влияние. При высокой интенсивности и продолжительном действии вибрация может привести к развитию профессиональной вибрационной болезни, которая при известных условиях может перейти в «церебральную» форму (поражение центральной нервной системы), практически неизлечимую.

Согласно ГОСТ 12.1.012-90, ДСН 3.3.6.039-95 по способу передачи на человека, вибрация подразделяется на: общую, передающуюся через опорные поверхности на тело человека; локальную (местную), передающуюся в основном через руки человека(рис.2.5.10.).

Рис. Направление координат осей при общей вибрации (а и б) и локальной(в):

а – положение стоя; б – положение сидя; Z – вертикальная ось, перпендикулярная к поверхности; Х – горизонтальная ось от спины к груди; ось Y – горизонтальная от правого плеча к левому; при действии локальной ибрации,положение руки на сферической и цилиндрической поверхности.

Вибрация действует вдоль осей ортогональной системы координат XYZ (для общей вибрации Z-вертикальная, перпендикулярная опорной поверхности; Х - горизонтальная от спины к груди; У – горизонтальная от правого плеча к левому).

При локальной вибрации ось Хл совпадает с осью охвата, ось Zл лежит в плоскости Xл и направлена на подачу или приложение силы. Общая вибрация по источнику её возникновения подразделяется на: транспортную, возникающую при движении машин; транспортно-технологическую, возникающую при работе машин, выполняющих технологическую операцию; технологическую, которая возникает при работе стационарных машин.

ИЗМЕРЕНИЕ И НОРМИРОВАНИЕ ВИБРАЦИИ

Выпускаемая в настоящее время измерительная аппаратура основана на использовании электрических методов, обеспечивающих высокую точность преобразования механических колебаний в электрические с помощью магнитно-электрических и пьезо-электрических датчиков (приемников вибрации: сигнал усиливается, преобразуется (интегрируется, дифференцируется) и подается на регистрирующий прибор).

Приборы подразделяют на: оптические, механические, электрические.

Измерение параметров вибрации должно производится в соответствий с установленными стандартами требований к измерительным приборам, датчикам.

Для измерения вибрации используют приборы: виброметры ВМ-1, ВИП-2, ИШВ-1 измеритель шума и вибраций (1-3000 Гц), 00042 (Роботрон ГДР), 3513, 2512, 2513 (Брюль и Кери- Дания), ВИП-4(15-200 Гц), ЭДИВ (электродистанционный прибор), аппаратура контрольно-измерительная типа ВВК-003, ВВК-005, измерители шума ВШВ-003 и др.

Аппаратура для измерения параметров вибраций должна соответствовать ГОСТ 12.4.012-83 «Вибрация». Средства измерения и контроля вибрации на рабочих местах. Технические требования”. Замеры вибрации проводят в наиболее виброопасных точках согласно методике исследований ДСН 3.3.6.039-99

При измерении локальной вибрации замеры производят у места контакта оператора с поверхностью, которая вибрирует.

При измерении общей вибраций точка измерения должна находится в местах контакта опорной поверхности тело человека с вибрирующей поверхностью: сидение оператора; пол рабочей зоны.

Измерения постоянной вибрации на протяжении рабочей смены проводится не менее 3-х раз с нахождением средне логарифмического значения.

Общая вибрация нормируется по следующим октавным полосам частот: 1, 2, 3, 8, 16, 31, 50, 63; локальная: 8, 16, 31, 50, 63…1000 Гц.

Общая вибрация, воздействующая на человека, нормируется отдельно в каждой октавной полосе по вертикальному направлению (оси Z) или горизонтальному направлению (оси Х, У). Выбор нормирования определяется в зависимости от интенсивности: по более интенсивному направлению.

Гигиенические нормы технологической вибрации, воздействующей на операторов стационарных машин в течение 480мин(8 часов), приведены в ГОСТ 12.1.012-90, ДСН 3.3.6.-039-99 (Табл.2.5.3.-2.5.4.).

Таблица

Предельно допустимые уровни локальной вибрации

Таблица 2.5.4.

Предельно допустимые параметры импульсной локальной вибрации

Диапазон длительности вибрационных импульсов	Измеренные пиковые урони виброускорения, дБ
	120	125	130	135	140	154	150	155	160
	Допустимое количество импульсов
1-30*	160000**	160000**	50000	16000	5000	1600	500	160	30
	20000**	20000**	6250	2000	625	200	62	20	6
31-1000*	160000**	50000**	16000	5000	1600	500	160	50	-
	20000	6250	2000	625	200	62	20	6	-

* - Вибрационные импульсы 1-30 имеют место при применении немеханизированного инструмента, 31-1000 - на механизированном инструменте.

** - Значение отвечает максимально возможному количеству импульсов за восьмичасовую смену при частоте 5,6 Гц. В скобках допустимое количество импульсов за 1 час.

При продолжительности смены 7 часов предельно допустимые скорректированные эквивалентные уровни локальной вибраций равны значениям для 8-часовой продолжительности смены.

При 6-ти часовой продолжительности эти показатели равны для виброскорости 113 дБ ( м/с), а виброускорение -78дБ (2,3 м/с 2).

Работа в условиях действий локальной вибрации, которая превышает предельно допустимую норму более чем на 1 дБ, запрещена.

Если время воздействия меньше 480 мин и отсутствуют перерывы через каждый час работы, то для каждой октавной полосы значение нормируемого параметра определяется по зависимости:

(2.5.28)

где t -время фактического воздействия вибраций(мин);

U 480 -допустимое воздействие вибрации за время воздействия480мин.

СРЕДСТВА И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ ВИБРАЦИИ

Средства защиты от вибраций подразделяются на: коллективные и индивидуальные. Основные мероприятия по защите от вибраций условно можно свести к таким группам: технические, организационные и лечебно-профилактические.

К техническим мероприятиям относятся: устранение вибраций в источнике и на пути их распространения. Устранение или уменьшение вибрации в источнике решается, начиная со стадии проектирования и изготовления машин. Закладываются в их конструкцию решения, обеспечивающие вибробезопасные условия труда: замену ударных процессов на безударные, применение деталей из пластмассы, ременных передач вместо цепных, шестерен с глобоидальным и шевронным зацеплением вместо прямозубых, выбор оптимальных рабочих режимов, тщательная балансировка вращающихся деталей, повышение класса точности их изготовления и чистоты обработки поверхности и другое.

При эксплуатации техники уменьшенные вибрации достигается современной подтяжкой креплений, устранением люфтов, зазоров, качественной смазкой трущихся поверхностей, правильной регулировкой рабочих органов.

В конструкциях, по которым происходит распространение колебаний, делаются разрывы, заполняемые вибро- и звукоизоляционными материалами; замена вибрирующего оборудования или процесса на безвибрационный.

Для снижения вибраций на пути распространения применяют: виброизоляцию, виброгашение, вибродемпфирование.

Виброизоляция:

В инженерной практике одной из действенных мер по уменьшению вибраций на пути её распространения от источника вибраций является виброизоляция. Виброизоляция бывает пассивной и активной.

Виброизоляция называется активной, если для ее уменьшения используется дополнительный источник энергии.

Пассивная виброизоляция применяется, если требуется защитить рабочее место от колебаний вибрирующих машин или защитить остальные машины от колебаний неуравновешенных деталей (ССБТ ГОСТ 12.4.046-78 «Методы и средства вибрационной защиты. Классификация.»).

Виброизоляция ослабляет передачу колебаний от источника на основание, пол, рабочее место и.т.д. за счет устранения между ними жестких связей и установки упругих элементов (виброизоляторов).

Рис. Схема виброизоляции динамической не уравновешенной машины

В качестве виброизоляторов применяют: стальные пружины или рессоры, прокладки из резины, войлока, а также резинометаллические, пружинно-пластмасовые и пневморезиновые конструкции, использующие упругие свойства материалов и воздуха и т.д. (рис.2.5.11.)

Принцип пассивной виброизоляции хорошо видно на примере виброизоляции неуравновешенной машине массой М с эксцентриком массой m на расстоянии R от оси вращения (рис.2.5.12.).

При вращении вала машины с угловой скоростью ω возникает центробежная сила Fmax=m ω 2 R, изменение которой во времени (t) носит гармонический характер:

(2.5.29)

Рис. Пассивная виброизоляция машины

(а) и рабочего места (б)

Для виброизоляции машины установлены пружинные виброизоляторы. Под действием силы (2.5.29) пружины деформируются, и в пружинах возникает сила упругости:

, (2.5.30)

где К-жесткость амортизаторов;

Х-деформация пружины под действием динамической силы

Эффективность виброизоляции будет тем выше, чем меньшая динамическая сила передается на основание, т.е. чем меньше (сила возмущения F уравновешивается силой инерции от массы М)

Эффективность пассивной виброизоляции оценивается коэффициентом передачи μ, который показывает какую долю динамической силы, возбуждаемой машиной, передают амортизаторы на основание:

Если пренебречь затуханием колебаний виброизоляторов, то коэффицент передачи вибраций:

Рис. Зависимость коэффициента передачи m от f/f 0:

1 – при использовании стальных пружинных виброизоляторов

(D®0); 2 –то же, резиновых виброизоляторов (D=0,2).

(2.5.32)

где f - частота вынужденных колебаний,

f 0 -частота собственных колебаний, Гц.

Следовательно, для достижения малого значения коэффициента передачи необходимо, чтобы частота собственных колебаний была значительно меньше частоты вынужденных колебаний. При f=f 0 наступает резонанс - резкое увеличение интенсивности колебаний виброизоляционной машины (при частоте собственных колебаний близкой к частоте вынужденных колебаний применение виброизоляторов бесполезно), при f/ f 0 >2 резонансныеколебания исключаются, а при f/f 0 =3-4достигается эффективность работы виброизоляторов.

Пружинные виброизоляторы широко применяют в машинах и механизмах. Они обладают высокой виброизолирующей способностью и долговечностью (μ=1/90…1/60). Однако из-за небольшого внутреннего трения стальные пружинные виброизоляторы плохо рассеивают энергию колебаний, поэтому затухание колебаний происходит не мгновенно, а за 15-20 периодов, что не всегда целесообразно при использовании машин, работающих в кратковременном режиме (краны, экскаваторы и.т.д).

Рис. Виброизоляторы:

а – резинометаллический типа АКСС с допускаемой нагрузкой до 4000 Н;

б – пружинно-резиновый типа АД с пневмодемпфированием;

в – Тима АЦП;

г – пневмоамортизаторы;

д – виброизоляторы типа АПН сильнодемпфированные пластмассовые;

е – виброизоляторы типа ДК.

Пружинные амортизаторы в основном используют для виброизоляции бетоноукладчиков, вентиляторов, двигателей внутреннего сгорания, бетоносмесителей и.т.д.

Рис. Схема пружинно-резиновых амортизаторов:1, 2, 3-опора машины

Рис. Схемы пружинно-резиновых амортизаторов:1 – резина; 2 – стальная пружина; 3 – опора виброизолированной машины.

Пружинные амортизаторы в сочетании с гидроамортизаторами (комбинированные) находят широкое применение и для виброизоляции кабин управления экскаваторов, бульдозеров и т.д.

Для уменьшения времени затухания колебаний применяют резиновые виброизоляторы , в которых большое внутреннее трение (коэффициент неупругого сопротивления 0,03-0,25). Однако виброизолирующая способность резиновых виброизоляторов меньше чем пружинных (μ =1/5…1/20).

Положительные свойства пружинных и резиновых виброизоляторов хорошо сочетаются в комбинированных виброизоляторах с применением пневмо- и гидроамортизаторов.

Рис. Виброизоляция сиденья оператора

(1- гидроамортизатор)

Рис. Схемы виброизоляциивиброактивного оборудования: а – опорный вариант; б – подвесной вариант; в – виброизоляция от вертикальных и горизонтальных колебаний.

Оценка виброизоляции оборудования

Одним из способов снижения вибрации оборудования является правильный выбор виброизоляторов, которые могут быть резиновыми или стальными в виде пружин(2.5.19.).

Используя схему расчетов на рис. 2.5.19, рассмотрим пример выбора стальных и резиновых виброизоляторов.

Необходимо определить количество пружин виброизоляторов для двигателя весом Q=15000кг. В качестве виброизоляторов решено использовать стальны пружины высотой H 0 =0,264м, со средним диаметром D=0,132м, с диаметром прутка d=0,016м, с числом рабочих витков i=5,5.

На основе имеющихся данных устанавливаем индекс пружин . Для расчета жесткости одной пружины в продольном (вертикальном) направлении (K 1 z: ) необходимо знать модуль упругости на сдвиг G. Для всех пружинных сталей G принимается равным 78453200000 Па.

Согласно рис.2.5.20:

При выборе виброизоляторов H 0 /D < 2, в нашем случае .

Рис.Выбор виброизоляторов

По графику на рис. 2.5.19. находим коэффициент (К), учитывающий повышение напряжения в средних точках сечения прутка, вследствие деформации сдвига, который равен 1,18. Для определения статистической нагрузки Р ст необходимо знать допустимое для пружинной стали напряжение при кручений τ. Если нет сведений о сорте стали, то τ принимают равным 392266000 Па. В нашем примере статическая нагрузка будет равна:

H

Общее количество стальных пружин: .

Общая жесткость пружин виброизоляторов равна:

Для нормальной работы двигателя нужно установить 4 пружины виброизолятора с Но=0,264м; D = 0,132м; d = 0,016м.

Необходимо определить количество резиновых виброизоляторов для центрифуги весом Q= 14240 кг, которой создается усилие 139694,4 Н. Расчетная величина центробежной силы Рz - 9810Н. Виброизоляторы изготовлены в форме кубиков с поперечным размером А (диаметр или сторона квадрата) равным 0,1м (площадью основания - F =0,01м 2) из резины сорта 4049, динамический модуль упругости Еg- 10787315 Па. Замеренная частота возмущающей силы fo =24Гц. Величину возмущающих сил (P k z) необходимо уменьшить до 196,2 Н. Учитывая, что имеющиеся в распоряжении виброизоляторы удовлетворяют требованию 0,25 < 0.1 / 0.1 < 1,1, определим жесткость в вертикальном направлении Kz одного резинового виброизолятова (рис.2.5.19):

,

Оценим минимальное отношение (а zmin) частоты возмущающей силы к частоте собственных колебаний виброизолированного объекта (рис.2.5.19.).

Теперь можем рассчитать частоту собственных вертикальных колебаний (fz) виброизолятора при заданном а zmin: Гц

Общая максимальная вертикальная жесткость Kzmах виброизоляторов равна:

н/м

С учетом жесткости находим необходимое общее количество (n p) резиновых виброизоляторов (рис.2.5.19.):

Горизонтальная жесткость (Кх; Ку) резинового виброизолятора с учетом модуля упругости (Па) равна:

Следовательно, для того, чтобы уменьшить возмущающие силы до 196,2 Н необходимо использовать 5 резиновых виброизоляторов в форме кубика с А≥ 10см.

Рис. Виброизоляция поста управления:

1 – пневмоамортизатор; 2 – железобетонная плита; 3 – пульт управления.

На рис. представлена схема виброизоляции поста оператора с применением пневмоамортизаторов. Воздух в пневмоамортизаторе находится под давлением 3-20 кПа, а нагрузка на пневмоамортизатор, выполненный в виде автомобильной камеры составляет 1000-4000 Н.

Частота собственных колебаний виброизолированного поста в зависимости от нагрузки находится в пределах 2…4 Гц, что обеспечивает виброизоляцию с µ= 1/ 150 при частоте вибрации 50 Гц.

Рис. Принципиальные схемы пассивной виброизоляции рабочих мест.

1 – пассивно виброизолированния плита.

2 – виброизолятор.

3 – колеблющееся основания.

5 и 6 – опоры и подвески плиты.

Для рабочего места оператора (рис.2.5.17.) предусматривается виброизолированное сидение с использованием гидравлического демпфера, обеспечивающего коэффициент затухания 0.2...0.3, а снижение вибрации на частотах 16…63 Гц достигает 8 дБ

Рис. Схема виброизоляции насосной установки

Вибропоглощение – поглощение амплитуды виброскорости упруговязким материалом. Сущность вибропоглощеня заключается в нанесении на вибрирущую поверхность упруговязких материалов: пластика, пористой резины, вибропоглощающих покрытий и мастик.

Вибропоглощение покрытий эффективно при условии, что протяженность поглоща-ющего слоя равна нескольким длинам волн колебаний изгиба.

Вибропоглощение малоэффективно при снижении интенсивности продольных волн, которые переносят большую колебательную энергию на высоких частотах. Выбор материала для покрытий принимают исходя из данных спектра вибраций. В зависимости от величины модуля упругости вибропоглощающие покрытия делятся на жесткие (Е=10 9 Па) и мягкие (Е=10 7 Па). Жесткие вибропоглощающие покрытия применяются в основном для снижения колебаний низких и средних частот. Мягкие применяют для снижения интенсивности высокочастотных вибраций. Высокой вибропоглощающей эффективностью обладают комозиционные материалы: «Полиакрил», «Випонит», листовые материалы - винипор, пенопласт и др., которые приклеиваются к металлическим частям оборудования (кожухам) при оптимальной толщине покрытия 2…3 толщины покрываемой конструкции. Такое покрытие эффективно и для снижения уровня шума.

Рис. Динамические гасители вибраций: а – принципиальная схема гасителя; б – динамическое гашение колебаний дымовой трубы.

Виброгашение

Динамические гасители вибрации наиболее эффективно применяются для уменьшения вибрации машин со стабильной частотой колебаний (насосов, турбогенераторов, силовых установок и т.д.).Работа виброгасителя сводится к следующему (рис.2.5.20). Виброгаситель массой m и жесткостью К! присоединяется к вибрирующему механизму, колебания которого необходимо погасить (масса механизма М и жесткость К). Колебания механизма под действием возмущающей силы происходят по гармоническому закону F 0 * sin ωt . Массу и жесткость виброгасителя m и К! подбирают таким образом, чтобы частота собственных колебаний виброгасителя была равна ω = ω 0 . При этом, в каждый момент времени сила F 1 от виброгасителя действует против силы F (виброгаситель входит в резонансные колебания, а колебания механизма массой М уменьшаются). Виброгашение применяется для снижения колебаний высотных объектов (теле- и радиоантенны, дымовые трубы, памятники). Частота собственных колебаний виброгасителей подбирается таким образом, чтобы она совпадала с частотой пульсации ветровой нагрузки. Недостатком применения динамических гасителей является то, что они позволяют снизить вибрацию только на одной частоте(2.5.23).

Виброгасящее основание

Уменьшить воздействие вибрации от динамически неуравновешенных машин на основные конструкции зданий и сооружений можно следующим образом: увеличить массу фундамента, выполнить виброгасящее основание. Конструктивно виброгасящее основание выполняют из легких упругих материалов в виде акустических швов по периметру фундамента вибрирующей машины (дробилки, виброплощадки, мельницы, вентиляторы). На рис.2.5.24-2.5.27.приведены схемы виброгасящих оснований.

Рис. Виброгасящее основание:

1 – виброплощадка; 2 – основание (фундамент); 3 – акустический шов.

Рис. Установка агрегатов на виброгасящие основания: а – на фундаменте и на грунте; б – на перекрытии.

Рис. Схема установки резинового коврика под фундамент виброплощадки.

Рис. Виброплощадка на «открытой воздушной подушке» :

1 - виброплощадка; 2 - вентилятор;

3 – форма с бетоном

Средства индивидуальной защиты от вибрации

Если техническими средствами не удается достичь выполнения гигиенических норм на рабочем месте, то необходимо применять средства индивидуальной защиты: виброзащитные рукавицы и виброзащитную обувь, наколенники, коврики, нагрудники, специальные костюмы. Виброзащитные свойства применяемых упругих материалов нормируются в октавных полосах 8…2000 Гц и должны быть в пределах 1…5 дБ при толщине вставки 5 мм и 1…6 дБ при толщине вставки 10 мм. Сила нажатия при оценке виброзащитных свойств рукавиц варьируется от 50 до 200 Н. Виброзащитные рукавицы должны быть гигиеничны, не стеснять выполнение технологических операций, не вызвать раздражение кожных покровов (Гост 12.4 002-74 «Средства индивидуальной защиты рук о вибрации. Общие технические требования»).

Виброизоляционную обувь изготавливают из кожи (или искусственных заменителей) и снабжают стельками из упругопластичных материалов для защиты от вибрации на частотах выше 11 Гц. Эффективность виброизоляционной обуви нормируется на частотах 16; 31,5; 63 Гц и должна составлять 7…10 Дб. Требование к изготовлению виброизоляционной обуви и методы определения защитной эффективности приведены в Гост 12.4.024-76* «Обувь специальная виброзащитная. Общие технические требования».

К организационно-профилактическим мероприятиям по снижению вредного влияния вибрации следует отнести рациональный режим труда и отдыха и применение лечебно-профилактических мер. При работе с инструментом, имеющим колебания до 1200 в минуту, рабочим необходим 10 –минутный перерыв после каждого часа работы; при работе с инструментом, имеющим 4000 и более колебаний в минуту, необходим получасовой перерыв после каждого часа работы.

Рис. Виброгасящая обувь:

а – амплитуда колебаний подошвы;

б – амплитуда колебаний верхней поверхности стельки

1 – общий вид; 2 – виброгасящая вкладная стелька.

Не следует допускать воздействия вибрации в течение более 65% рабочего времени. Согласно санитарных норм запрещается работа с пневматическим инструментом при температуре ниже 16 0 С, влажности 40-60% и скорости воздуха более 0,3 м /с.

При работе с виброинструментом для предупреждения заболеваний масса удерживаемого в руках инструмента не должна превышать 10 кг, а сила нажима работающих на вибрирующее оборудование не должна превышать 200 Н.

Вибрация - механические колебания упругих тел, проявляющиеся в перемещении центра их тяжести или оси симметрии в пространстве, а также в периодическом изменении ими формы, которую они имели в статическом состоянии.

Основными источниками вибраций являются рельсовый транспорт (трамвай, метрополитен, железная дорога), различные технологические установки (компрессоры, двигатели), кузнечно-прессовое оборудование, строительная техника (молоты, пневмовибрационная техника), системы отопления и водопровода, насосные станции и т.д. Особенность действия вибраций заключается в том, что эти механические упругие колебания распространяются по грунту и оказывают свое воздействие на фундаменты различных сооружений, вызывая затем звуковые колебания в виде структурного шума.

Вибрации, источником которых являются технологическое оборудование, рельсовый транспорт, строительные машины и тяжелый автотранспорт, распространяются по грунту. Протяженность зоны воздействия вибрации определяется величиной их затухания в грунте, которая составляет 1 дБ/м. Чаше всего на расстоянии 50...60 м от магистралей рельсового транспорта вибрации затухают. Зоны действия вибраций около кузнечно-прессовых цехов, оснащенных молотами с облегченными фундаментами, значительно больше и могут иметь радиус до 150...200 м.

Вибрации делятся на вредные и полезные. Вредные вибрации создают не только шумовые загрязнения окружающей среды, неблагоприятно воздействуя на человеческий организм, но и представляют определенную опасность для различных инженерных сооружений, вызывая в ряде случаев их разрушение. Полезные вибрации используют в ряде технологических процессов (виброуплотнение бетона, вибровакуумные установки и т.д.), но и в этом случае необходимо применять соответствующие меры защиты.

Действие вибрации на организм проявляется по-разному в зависимости оттого, как действует вибрация. Общая вибрация воздействует на весь организм. Этот вид вибрации проявляется на транспорте, в ряде производственных и строительных работ (например, виброуплотнение бетона).

Локальная (местная) вибрация воздействует на отдельные части тела (например, при работе ручным пневмоинструментом, виброуплотнителями и т.д.). В зависимости от продолжительности воздействия вибрации, частоты и силы колебаний возникает ощущение сотрясения (паллестезия), а при длительном воздействии возникают изменения в опорно-двигательной, сердечно-сосудистой и нервной системах.

Биологическое действие вибраций в диапазоне частот до 15 Гц проявляется в нарушении вестибулярного аппарата, смещении органов. Вибрационные колебания до 25 Гц вызывают костно-суставные изменения. Вибрации в диапазоне частот от 50 до 250 Гц вредно воздействуют на сердечно-сосудистую и нервную системы, часто вызывают вибрационную болезнь, которая проявляется болями в суставах, повышенной чувствительностью к охлаждению, судорогах. Эти изменения наблюдаются вместе с расстройствами нервной системы, головными болями, нарушениями обмена веществ, желез внутренней секреции. Наиболее опасны для человека частоты колебаний 6...9 Гц, так как они совпадают с собственной частотой колебаний внутренних органов человека.

Одной из основных причин появления низкочастотных вибраций при работе различных механизмов является дисбаланс вращающихся деталей, возникающий в результате смещения центра масс относительно оси вращения.

Как и при всяком колебательном движении, параметрами вибрации являются частота (Гц); амплитуда смещения (м или см); виброскорость (м/с); виброускорение (м/с2); период колебаний (с).

Воздействие вибрации на человека классифицируется по способу передачи вибрации на человека; по направлению действия вибрации; по временной характеристике вибрации.

По способу передачи на человека различают общую и локальную вибрацию. Общая вибрация передается через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека, локальная - через руки человека. Вибрация, воздействующая на ноги сидящего человека и на предплечья, контактирующие с вибрирующими поверхностями рабочих столов, может быть отнесена к локальной.

По источнику возникновения различают:

локальную вибрацию, передающуюся человеку от ручного немеханизированного инструмента (без двигателей);

общую вибрацию I категории - транспортную вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах самоходных и прицепных машин, транспортных средств при движении по местности, агро-фонам и дорогам (в том числе при их строительстве);

общую вибрацию II категории - транспортно-технологическую вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах машин, перемещающихся по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок, горных выработок;

По частотному составу выделяют:

низкочастотные вибрации (с преобладанием максимальных уровней в октавных полосах частот 1...4 Гц для общих, 8...16 Гц - для локальных вибраций);

среднечастотные вибрации (8...16 Гц - для общих, 31,5...63 Гц - для локальных вибраций);

высокочастотные вибрации (31,5...63 Гц - для общих, 125... 1000 Гц - для локальных вибраций).

По временным характеристикам различают:

постоянные вибрации, для которых величина нормируемых параметров изменяется не более чем в 2 раза (на 6 дБ) за время наблюдения;

непостоянные вибрации, для которых величина нормируемых параметров изменяется не менее чем в 2 раза (на 6 дБ) за время наблюдения не менее 10 мин при изменении с постоянной времени 1 с, в том числе:

колеблющиеся во времени вибрации, для которых величина нормируемых параметров непрерывно изменяется во времени;

прерывистые вибрации, когда контакт человека с вибрацией прерывается, причем длительность интервалов, в течение которых имеет место контакт, составляет более 1 с;

импульсные вибрации, состоящие из одного или нескольких вибрационных воздействий (например, ударов), каждый длительностью менее 1 с.

Вибрации подчиняются всем физическим законам, относящимся к звуковым колебаниям. Вибрации в инженерном деле рассматриваются отдельно от звуковых колебаний и в общем случае аппроксимируются колеблющейся системой с шестью степенями свободы. В тех случаях, когда вибрирующая поверхность имеет размеры, соизмеримые с половиной длины волны, и вибрации ее происходят с звуковой частотой, в воздухе возникает шум.

Вибрации данной круговой частоты ω характеризуются тремя основными параметрами: амплитудой смешения ξ, амплитудой скорости ξ и амплитудой ускорения ξ. В случае гармонических колебаний эти величины связаны между собой соотношением

где (ξ 0 - амплитуда смещения).

Вибрацию, как и звук, выражают в логарифмических единицах. Уровень колебательной скорости вибрации

условный порог 4 = 5· 10- 8 м/с.

Вибрация относится к факторам, обладающим высокой биологической активностью. Вибрационная патология в настоящее время стоит на втором месте среди профессиональных заболеваний.

Клиническая картина вибрационной болезни, обусловленная общей или локальной вибрацией, складывается из:

· нейрососудистых нарушений;

· поражений нервно-мышечной системы;

· опорно-двигателыюго аппарата;

· изменений обмена веществ.

У рабочих вибрационных профессий отмечены головокружения, расстройство координации движений, симптомы укачивания, вегетативная неустойчивость, нарушения зрительной функции, снижение болевой, тактильной и вибрационной чувствительности и другие отклонения в состоянии здоровья.

Частота и особенности клинических проявлений заболеваний, вызванных воздействием вибрации, зависят главным образом от:

· спектрального состава вибрации;

· продолжительности воздействия;

· индивидуальных особенностей человека;

· направления вибрационного воздействия;

· места приложения;

· явлений резонанса;

· условий воздействия вибрации (факторов производственной среды, усугубляющих вредное воздействие вибрации на организм человека).

Выраженность воздействия вибрации определяется, прежде всего, частотным спектром и его распределением в пределах максимальных уровней энергии.

Так, воздействие низкочастотной общей вибрации приводит к поражению преимущественно нервно-мышечной системы и опорно-двигательного аппарата. Такая форма вибрационной патологии встречается, например, у формовщиков, бурильщиков и др. Средне- и высокочастотная вибрация вызывает, в первую очередь, различные по степени тяжести сосудистые и костно-суставные нарушения. Например, серьезные сосудистые нарушения наблюдаются при работе со шлифовальными машинами, являющимися источниками высокочастотной вибрации.

Колебания высоких частот вызывают спазм сосудов. В некоторых случаях сосудистые нарушения при вибрационной болезни могут привести к постепенному развитию хронической недостаточности мозгового кровообращения.

Патология со стороны опорно-двигательного аппарата объясняется тем, что общая вибрация приводит к прямому микротравмирующему действию на позвоночник (особенно толчкообразная вибрация) вследствие нагрузок на межпозвоночные диски, которые ведут себя как фильтры низких частот. Подобное воздействие приводит к развитию дегенеративно-дистрофических нарушений позвоночника (остеохондрозу).

Влияние общей вибрации на обменные процессы в организме человека проявляется в изменении углеводного обмена, биохимических показателей крови, характеризующих нарушения белкового, ферментативного, а также витаминного и холестеринового обмена. Наблюдаются также нарушения окислительно-восстановительных процессов, изменения показателей азотистого обмена и др.

Низкочастотная вибрация ведет также к изменению состава крови: лейкоцитозу, эритроцитопении; к снижению уровня гемоглобина.

Воздействию локальной вибрации подвергаются главным образом люди, работающие с ручным механизированным инструментом. Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов кисти, предплечий, нарушая снабжение конечностей кровью, что способствует развитию профессионального заболевания (например, синдрома, связанного с побелением пальцев рук). Кроме сосудистой патологии, возникают и невротические расстройства, а воздействие локальной вибрации на мышечные и костные ткани приводит к снижению кожной чувствительности, отложению солей в суставах пальцев, деформации и уменьшению подвижности суставов.

Между ответными реакциями организма и уровнем воздействующей вибрации нет линейной зависимости. Это объясняется явлением резонанса человеческого тела, отдельных органов, возникающем при совпадении собственных частот колебаний внутренних органов с частотами возбуждения внешних сил.

Резонансные колебания в органах человека могут возникнуть при повышении частоты колебаний более 0,7 Гц. Резонансные частоты человека в положении сидя при вертикальных вибрациях приведены на рис. 11.5.

Рис. 11.5. Резонансные частоты частей тела сидящего человека

при вертикальных вибрациях

Чрезмерные мышечные и нервно-эмоциональные нагрузки, неблагоприятные микроклиматические условия, шум высокой интенсивности могут усилить вредное воздействие вибрации. Охлаждение рук приводит к усилению сосудистых реакций и к более интенсивному развитию вибрационной болезни. При совместном действии шума и вибрации наблюдается усиление эффекта. Таким образом, сопутствующие факторы могут увеличить риск вибрационной болезни в 5-10 раз.

Показатели заболеваемости вибрационной болезнью среди основных виброопасных профессий за последние годы и средние значения латентного (скрытого) периода представлены в табл. 11.2.

Таблица 11.2

Общая вибрация с частотой менее 0,7 Гц (качка) не приводит к вибрационной болезни. Следствием такой вибрации является морская болезнь.

Современная медицина рассматривает производственную вибрацию как мощный стресс-фактор, оказывающий отрицательное влияние на психомоторную работоспособность, эмоциональную сферу и умственную деятельность человека, повышающий вероятность возникновения различных заболеваний и несчастных случаев. Особенно опасно длительное воздействие вибрации для женского организма.

В таблице 11.3. приведены сведения о негативном влиянии вибрации на здоровье человека