Глава 5. Вибрация

Вибрация как фактор производственной среды встречается в металлообрабатывающей, горнодобывающей, металлургической, машиностроительной, строительной, авиа- и судостроительной промышленности, в сельском хозяйстве, на транспорте и во многих других отраслях народного хозяйства. Она используется в ряде технологических процессов: при виброуплотнении, формовании, прессовании, вибрационной интенсификации механической обработки материалов, вибрационном бурении, рыхлении, резании горных пород и грунтов, вибротранспортировке и т.п. Вибрацией сопровождается работа передвижных и стационарных механизмов и агрегатов, в основу действия которых положено вращательное или возвратно-поступательное движение.

Вибрация представляет собой механическое колебательное движение, простейшим видом которого является гармоническое (синусоидальное) колебание.

Основные параметры синусоидального колебания : частота в герцах (1 кол./с); амплитуда вибросмещения А (м); виброскорость V (м/с); виброускорение
а (м/с 2) или в долях ускорения силы тяжести g = 9,81 (м/с 2). Время, в течение которого колеблющееся тело совершает одно полное колебание, называется периодом колебания Т (с). Для синусоидальных колебаний скорость V и ускорение а определяются по формулам:

V= 2p fА; а = (2p f ) 2 A, (5.1)

где p – 3,14; f – частота, Гц; А – амплитуда колебаний, м.

Относительные уровни виброскорости L n и виброускорения L а выражаются в децибелах и определяются по формулам:

дБ, дБ, (5.2)

где 5×10 –8 (м/с) – это нулевой уровень колебательной скорости V 0 , соответ-
ствующий среднеквадратичной колебательной скорости при стандартном пороге звукового давления, равном 2×10 –5 Н/м 2 ; 1×10 –6 (м/с 2) – нулевой уровень колебательного ускорения а 0 .

В силу специфических свойств органов чувств определяющими являются действующие значения параметров, характеризующих вибрацию. Так, действующее значение виброскорости есть среднеквадратичное мгновенных значений скорости V (t )за время усредненияТ у, которое выбирают с учетом характера изменения виброскорости во времени:

Изображение непрерывного спектра требует обязательной оговорки о ширине Df элементарных частотных полос, к которым относится изображение. Если f 1 – нижняя граничная частота данной полосы частот, f 2 – верхняя граничная частота, то в качестве частоты, характеризующей полосу в целом, берется среднегеометрическая частота:

В практике виброакустических исследований весь диапазон частот вибраций разбивают на октавные диапазоны. В октавном диапазоне верхняя граничная частота вдвое больше нижней (f 2 /f 1 = 2). Анализ и построение спектров параметров вибрации могут производиться также в третьоктавных (f 2 / f 1 = ) полосах частот.

Среднегеометрические частоты октавных (третьоктавных) полос частот в виброакустике стандартизованы и составляют: 1; 2; 4; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000; 16000 (0,8; 1,0; 1,2 и т.д.) Гц.

В зависимости от характера контакта тела человека с источником производственной вибрации условно различают локальную (местную) и общую вибрацию (вибрация рабочих мест).

Вибрация, передаваемая преимущественно через руки работающего, определяется как локальная. Вибрация рабочего места (скамьи, пола, обрабатываемого изделия, на котором находится человек) определяется как общая. В производственных условиях часто имеет место сочетание локальной и общей вибраций.

В других случаях преобладает общая вибрация, например, при формовке железобетонных изделий на виброплатформах с одновременным ручным разравниванием бетонной массы.

По источнику возникновения общую вибрацию различают:

· общую вибрацию 1 категории – транспортную вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах самоходных и прицепных машин, транспортных средств при движении по местности, агрофонам и дорогам (в том числе при их строительстве). К источникам транспортной вибрации относят: тракторы сельскохозяйственные и промышленные, самоходные сельскохозяйственные машины (в том числе комбайны); автомобили грузовые (в том числе тягачи, скреперы, грейдеры, катки и т.д.); снегоочистители; самоходный горно-шахтный рельсовый транспорт;

· общую вибрацию 2 категории – транспортно-технологическую вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах машин, перемещающихся по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок, горных выработок. К источникам транспортно-технологической вибрации относят: экскаваторы (в том числе роторные); краны промышленные и строительные; машины для загрузки (завалочные) мартеновских печей в металлургическом производстве; горные комбайны, шахтные погрузочные машины, самоходные бурильные каретки; путевые машины, бетоноукладчики, напольный производственный транспорт;

· общую вибрацию 3 категории – технологическую вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах стационарных машин или передающуюся на рабочие места, не имеющие источников вибрации. К источникам технологической вибрации относят: станки металло- и деревообрабатывающие; кузнечно-прессовое оборудование; литейные машины; электрические машины, стационарные электрические установки; насосные агрегаты и вентиляторы; оборудование для бурения скважин, буровые станки; машины для животноводства, очистки и сортировки зерна (в том числе сушилки); оборудование промышленности стройматериалов (кроме бетоноукладчиков); установки химической и нефтехимической промышленности и др.

а) на постоянных рабочих местах производственных помещений предприятий;

б) на рабочих местах на складах, в столовых, бытовых, дежурных и других производственных помещений, где нет машин, генерирующих вибрацию;

в) на рабочих местах в помещениях заводоуправления, конструкторских бюро, лабораторий, учебных пунктов, вычислительных центров, здравпунктов, конторских помещениях, рабочих комнатах и других помещениях для работников умственного труда.

5.2. Действие вибрации на организм

Особенности воздействия производственной вибрации определяются частотным спектром и расположением в его пределах составляющих с максимальным уровнем энергии колебания. Местная вибрация малой интенсивности может оказывать благоприятное воздействие на организм человека, восстанавливая трофические изменения, улучшая функциональное состояние центральной нервной системы, ускоряя заживление ран и т. п. При увеличении интенсивности колебаний и длительности их воздействия возникают изменения, приводящие в ряде случаев к развитию профессиональной патологии – вибрационной болезни.

Воздействие общей вибрации разных параметров вызывает различную степень выраженности изменений в центральной и вегетативных нервных системах, сердечно-сосудистой системе, обменных процессах, вестибулярном аппарате.

5.3. Гигиеническое нормирование вибрации

Гигиеническая оценка постоянной и непостоянной вибрации, воздействующей на человека, производится следующими методами :

· частотным (спектральным) анализом нормируемого параметра;

· интегральной оценкой по частоте нормируемого параметра;

· интегральной оценкой с учетом времени вибрационного воздействия по эквивалентному (по энергии) уровню нормируемого параметра.

Нормируемые параметры указываются для определенного диапазона частот:

· для локальной вибрации в виде октавных полос со среднегеометрическими частотами: 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц;

· для общей вибрации в виде октавных или 1/3 октавных полос со среднегеометрическими частотами: 0,8; 1; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 31,5; 40,0; 50,0; 63,0; 80,0 Гц.

При частотном (спектральном) анализе нормируемыми параметрами являются cредние квадратические значения виброскорости v и виброускорения а или их логарифмические уровни L v , L a , измеряемые в 1/1 и 1/3 октавных полосах частот. Предельно допустимые величины нормируемых параметров производственной локальной вибрации при длительности вибрационного воздействия 480 мин (8 ч) приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Предельно допустимые значения производственной локальной вибрации

Малые механические колебания , возникающие в упругих телах или телах, находящихся под воздействием переменного физического поля, называются вибрацией. Причиной возбуждения вибраций являются возникающие при работе машин и агрегатов неуравновешенные силовые воздействия, которые возникают:

При возвратно-поступательных движениях систем (кривошипно-шатунные механизмы, ручные перфораторы, вибротрамбовки и т.п.);

В результате наличия неуравновешенных вращающихся масс (ручные электрические и пневматические шлифовальные машины, режущий инструмент станков и т.п.);

При ударах деталей (зубчатые зацепления, подшипниковые узлы).

Область распространения вибрации называется вибрационной зоной.

Параметры, характеризующие вибрацию. Вибрация характеризуется скоростью (v, м/с) и ускорением (а, м/с 2) колеблющейся твердой поверхности. Обычно эти параметры называют виброскоростью и виброускорением. Величины виброскорости и виброускорения, с которыми приходится иметь дело человеку, изменяются в очень широком диапазоне. Оперировать с цифрами большого диапазона очень неудобно. Кроме того, органы человека реагируют не на абсолютное изменение интенсивности раздражителя, а на его относительное изменение. В соответствии с законом Вебера-Фехнера, ощущения человека, возникающие при различного рода раздражениях, в частности вибрации, пропорциональны логарифму количества энергии раздражителя. Поэтому в практику введены логарифмические величины - уровни виброскорости и виброускорения:

,	(1)
,	(2)

где υ и а – виброскорость и виброускорение;

υ 0 и а 0 – пороговые значения виброскорости и виброускорения. υ 0 =5*10 -8 м/с, а 0 =3*10 -4 м/с 2 . Измеряются уровни в специальных единицах - децибелах (ДБ).

Производственную вибрацию классифицируют по следующим признакам (рис.1):

Способ передачи вибрации;

Направление действия вибрации;

Временная характеристика вибрации;

Характер спектра вибрации;

Источник возникновения вибрации (рис.2).

Рисунок 1– Классификация производственных вибраций

Вопрос 2. Гигиеническое нормирование вибрации. Воздействие виборации на организм человека

Действие вибрации на человека зависит от частоты и уровня вибрации, продолжительности воздействия, места приложения вибрации, направления оси вибрационного воздействия, индивидуальных способностей организма человека воспринимать вибрацию, условий возникновения резонанса и ряда других условий. Колебательные процессы присущи живому организму, в частности человеку - ритмичные колебания сердца, крови, биотоков мозга. Внутренние органы человека (печень, почки, желудок, сердце и т. д.) можно рассматривать как колебательные системы с упругими связями. Собственная частота внутренних органов f = 3...6 Гц. Собственная частота головы человека относительно плечевого пояса - 25...30 Гц, относительно основания, на котором находится человек, - 4...6 Гц. При совпадении собственных частот внутренних органов человека и отдельных частей его тела с частотой вынужденной вибрации возникает явление резонанса , при котором резко возрастает амплитуда колебаний органов и частей тела. При этом могут возникнуть болевые ощущения в отдельных органах, а при очень высоких уровнях вибрации - даже травмы, разрывы связок, артерий.

Рисунок 3 – Влияние вибрации на человека

Явление резонанса для человека возникает при низкочастотной вибрации. Колебания с частотой менее 0,7 Гц получили название качки. Качка не вызывает серьезных нарушений в организме человека, но происходят нарушения в вестибулярном аппарате Метиска, а у людей со слабым вестибулярным аппаратом может возникнуть так называемая морская болезнь, при которой возникает головокружение, тошнота, рвота. После прекращения качки это состояние через некоторое время исчезает.

При частотах вибрации менее 16 Гц кроме явлений резонанса у человека возникает подавленное состояние, чувство страха, треноги, угнетается центральная нервная система. При воздействии вибрации в организме человека происходят функциональные и физиологические изменения, представленные в таблице 1.

Таблица 1– Изменения в организме человека при воздействии вибрации

Вибрационная болезнь (виброболезнь) - профессиональное заболевание, вызванное длительным воздействием на организм вибрации. Формы и стадии виброболезни представлены в таблице 2

Таблица 2- Симптомы стадий заболевания виброболезнью

Стадии вибро-болезни	Форма виброболез-ни, вид вибрации	Симптомы
I – начальная	Церебральная Общая	Нарушение сна, эмоциональная неустойчивость, легкие нарушения чувствительности, пониженная температура ног, болезненность в икрах, утомляемость ног, незначительные изменения перифе-рических нервных окончаний
Периферическая Локальная	Периодические нерезко выраженные боли в руках, легкие расстройства болевой и вибрационной чувствительности пальцев, незначительные изменения мышц плечевого пояса
II – умерено-выраженная	Церебральная Общая	Головокружение, непереносимость тряски, частые головные боли, изменения в вестибулярном аппарате, нарушения в центральной нервной системе (невротические реакции)
Периферическая Локальная	Выраженные сосудистые кризы, приступы спазм и побеления пальцев («мертвые пальцы»), сменяющиеся синюшностью, резкие снижения кожной температуры на кистях (руки холодные и мокрые), пальцы отечные, сильные боли в мышцах рук, функциональные изменения центральной нервной системы
III – выраженная	Церебральная Общая	Выраженные изменения центральной нервной системы, вестибулярные расстройства с приступами головокружения, непереносимость вибрации, постоянные головные боли, невротические реакции, изменения имеют необратимый характер
Периферическая Локальная	Поражение высших отделов центральной нервной системы, сосудистые нарушения верхних и нижних конечностей, кризы, распространяющиеся на область коронарных сосудов, приступы головокружения, полуобморочные состояния

Гигиеническое нормирование вибрации.

При нормировании вибрации учитывают ее категорию в зависимости от вида ее источника.

Нормы вибрации установлены для трех взаимно перпендикулярных направлений вдоль осей ортогональной системы координат.

Различают санитарно-гигиеническое и техническое нормирование вибрации.

В первом случае производят ограничение параметров вибрации рабочих мест и поверхности контакта с конечностями работающих, исходя из физиологических требований, и снижающих возможность возникновения вибрационной болезни.

Во втором случае осуществляют ограничение параметров вибрации с учетом не только указанных требований, но и технически достижимого на сегодняшний день для данного вида машин уровня вибрации.

Санитарно-гигиеническое нормирование вибраций регламентирует параметры производственной вибрации и правила работы с виброопасными механизмами и оборудованием, ГОСТ 12.1.012-90 «ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования», СН 2.2.4/2.1.8.566-96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий».

Документы устанавливают: классификацию вибраций, методы гигиенической оценки, нормируемые параметры и их допустимые значения, режимы труда лиц виброопасных профессий, подвергающихся воздействию локальной вибрации, требования к обеспечению вибробезопасности и к вибрационным характеристикам машин.

Допустимые значения устанавливаются отдельно для общей и локальной вибрации. Общая вибрация нормируется в диапазонах октавных полос со среднегеометрическими значениями частот 2, 4, 8, 16, 4,5, 63 Гц (для транспортной вибрации дополнительно нормируется вибрация в октавной полосе c f СГ = 1 Гц). Локальная вибрация нормируется в диапазонах частот с f СГ = 16, 31,5, 63, 125, 250. 500, 1000 Гц. Нормы установлены для продолжительности рабочей смены в 8 часов.

При гигиенической оценке вибраций нормируемыми параметрами являются средние квадратичные значения виброскорости v (и их логарифмические уровни L v) или виброускорения а (L а) для локальных вибраций в октавных полосах частот, а для общей вибрации – в октавных или третьоктавных полосах.

Нормативные значения для производственных вибраций и вибраций в помещениях жилых и общественных зданий приведены в Санитарных нормах СН 2.2.4/2.1.8.566-96. Для технологической вибрации категории 3а эти значения даны в таблице 3.

Таблица 3 – Предельно допустимые значения вибрации категории 3а (для производственных рабочих мест)

Для локальной вибрации корректированные нормативные значения (по осям X л, Y л, Z л) по виброускорению составляют 2,0 м/с 2 и 126 дБ, по виброскорости - 0,002 м/с и 112 дБ. Допустимые значения представлены в таблицах 4 – 5.

Для общей и локальной вибрации зависимость допустимого значения виброскорости от времени фактического воздействия вибрации (Т), не превышающего 480 мин (8-ми часовой рабочий день), определяется по формуле:

(3)

где - допустимое значение виброскорости для длительности воздействия 480 мин.

Таблица 4 – Санитарные нормы одночисловых показателей вибрационной нагрузки на оператора для длительности смены 8 ч

Вид вибрации	Категория вибрации по санитарным нормам	Направление действия	Нормативные, корректированные по частоте и эквивалентные корректированные значения
виброускорения	виброскорости
м с(-2)	дБ	м с(-1) 10(-2)	дБ
Локальная		Xл, Yл, Zл	2,0	2,0
Общая		Zo	0,56	1,1
		Yo, Xo	0,4	3,2
		Zo, Yo, Xo	0,28	0,56
	3 тип "а"	Zo, Yo, Xo	0,1	0,2
	3 тип "в"	Zo, Yo, Xo	0,014	0,028

Таблица 5 – Гигиенические нормы вибрации по ГОСТ 12.1.012 (извлечение)

Вид вибрации	Допустимый уровень виброскорости, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц
				31,5
Общая транспортная Вертикальная Горизонтальная					- -	- -	- -	- -
Транспортно-технологическая	-				-	-	-	-
Технологическая	-				-	-	-	-
В производственных помещениях, где нет машин, генерирующих вибрацию	-				-	-	-	-
В служебных помещениях, эвакопунктах, конструкторских бюро, лабораториях	-				-	-	-	-
Локальная вибрация	-	-	-

Вопрос 3. Параметры, характеризующие акустические колебания (шум). Классификация производственного шума

Одним из видов движения являются волны . Отличительной особенностью этого движения, делающей его уникальным, является то, что в волне распространяются не сами частицы вещества, а изменения в их состоянии (возмущения). Если какое-либо тело совершает колебания в упругой среде , то оно воздействует на частицы среды, прилегающие к телу, и заставляет их совершать вынужденные колебания. Среда вблизи колеблющегося тела деформируется и в ней возникают упругие силы. Эти силы действуют на все более удаленные от тела частицы среды, выводя их из положения равновесия. Постепенно все частицы среды вовлекаются в колебательное движение. Упругие волны называются звуковымиили акустическими,если соответствующие им механические деформации среды имеют малые амплитуды. Отличие упругих волн в среде от любого другого упорядоченного движения ее частиц состоит в том, что распространение волн не связано с переносом вещества среды из одного места в другое на большие расстояния.

Часто акустические колебания называют звуком , а область их распространения - звуковым полем. Громкость звука зависит от интенсивности звука, т.е. определяется амплитудой колебаний в звуковой волне. Наибольшей чувствительностью органы слуха обладают к звукам с частотами от 700 до 6000 Гц. Единица измерения уровня громкости звука – фон . Шумом принято называть апериодические звуки различной интенсивности и частоты. С физиологической точки зрения шум - это всякий неблагоприятно воспринимаемый человеком звук. Как и всякая волна, звуковая волна характеризуется скоростью распространения колебаний в ней. С длиной волны λ, и частотой колебаний ν скорость υ связана формулой:

где ρ – плотность среды (кг/м 3);

ρ*с – удельное акустическое сопротивление (Пас/м), равное 410 Па*с/м для воздуха, 1,5*10 6 Па*с/м – для воды, 4,8*10 7 Па*с/м – для стали;

υ – колебательная скорость (м/с).

При распространении звука со скоростью звуковой волны происходит перенос энергии, которая характеризуется интенсивностью звука. Интенсивность звука I (Вт/м 2) - это энергия, переносимая звуковой волной в единицу времени, отнесенная к площади поверхности, через которую она распространяется

где р - звуковое давление, Па;

р 0 - пороговое звуковое давление, равное 2 10 -5 Па.

Уровень интенсивности звука

(8)

где I - интенсивность звука, Па;

I 0 - пороговая интенсивность звука, равная 10 -12 Вт/м 2 . В качестве пороговых значений приняты минимальные значения звукового давления и интенсивности звука, которые слышит человек при частоте звука в 1000 Гц, поэтому они получили названия порогов слышимости.

Важной характеристикой, определяющей распространение шума и его воздействие на человека, является его частота. Так же как и для вибрации, диапазон звуковых частот разбит на октавные полосы (f 1 /f 2 = 2), характеризуемые их среднегеометрическими частотами f СГ

Классификация производственного шума. Шум классифицируется по частоте, спектральным и временным характеристикам, природе его возникновения (рис. 3) По частоте акустические колебания различаются на инфразвук (f < 16 Гц), звук (16 < /< 20 000 Гц), ультразвук (/ > 20 000 Гц). Акустические колебания звукового диапазона подразделяются на низкочастотные (менее 350 Гц), среднечастотные (от 350 до 800 Гц), высокочастотные (свыше 800 Гц) (рис. 4).

Рисунок 4 – Классификация акустических колебаний по частоте

По спектральным характеристикам шум подразделяется на широкополосный с непрерывным спектром более одной октавы и тональный (дискретный), в спектре которого имеются выраженные дискретные тона (частоты, уровень звука на которых значительно выше уровня звука на других частотах). Примером широкополосного шума может являться шум реактивного самолета, тонального - шум дисковой пилы, с спектре шума которой имеется ярко выраженная частота с доминирующим уровнем звука.

По временным характеристикам шум подразделяется на постоянный и непостоянный. Постоянным считается шум, уровень которого в течение 8-часового рабочего дня изменяется не более чем на 5 дБ; непостоянным - если это изменение превышает 5 дБ. Непостоянные шумы в свою очередь разделяются на колеблющиеся, уровень звука которых изменяется непрерывно во времени (например, шум транспортных потоков); прерывистые, уровень звука которых изменяется ступенчато (на 5 дБ и более), причем длительность интервалов, в которых уровень звука остается постоянным не менее 1 с (например, шум прерывисто сбрасываемого из баллонов сжатого воздуха); импульсные, представляющие собой звуковые импульсы, длительностью менее 1 с (например, шум агрегатов и машин, работающих в импульсном режиме).

По природе возникновения шум можно разделить на механический, аэродинамический, гидравлический, электромагнитный. Механические шумы возникают по следующим причинам: наличие в механизмах инерционных возмущающих сил, возникающих из-за движения деталей механизма с переменными ускорениями; соударение деталей в сочленениях вследствие неизбежных зазоров; трение в сочленениях деталей механизмов; ударные процессы (ковка, штамповка, клепка, рихтовка) и ряд других. Основными источниками возникновения шума механического происхождения являются подшипники качения и зубчатые передачи, а также неуравновешенные вращающиеся части машин.

Аэродинамические шумы возникают в результате движения на, обтекания газовыми (воздушными) потоками различных тел. Аэродинамический шум возникает при работе вентиляторов, компрессоров, газовых турбин, Причинами аэродинамического шума являются вихревые процессы, возникающие в потоке рабочей среды при обтекании тел и выпуске свободной струи газа; пульсации рабочей среды, вызываемые вращением лопастных колес вентиляторов, турбин; колебания, связанные с неоднородностью и пульсациями потока. Аэродинамический шум - один из самых значительных по уровню звука.

Гидравлические шумы возникают вследствие стационарных и нестационарных процессов в жидкостях (кавитация, турбулентность, гидравлические удары). Например, в насосах источником гидравлического шума является кавитация жидкости у поверхностей лопаток насоса при высоких окружных скоростях вращения рабочего колеса.

Основными параметрами, характеризующие вибрацию являются: амплитуда А, м; частота колебаний f, Гц; колебательная скорость V, м/с; ускорение колебаний W, м/с 2 ; период колебаний T, сек.

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

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

Для исследования вибрации весь диапазон частиц разбивается на основные диапазоны. Среднегеометрические значения частот, на которых исследуют вибрацию, таковы: 2, 4, 8, 16, 31, 50 Гц. Учитывая, что абсолютные значения параметров характеризующих вибрацию, применяются в широких пределах, на практике пользуются понятием уровней параметров виброскорости (V) и виброускорения (W).

Воздействие вибрации на человека

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

Частоты ниже 35Гц вызывают изменения в нервно-мышечной системе и суставах. Наиболее опасны производственные вибрации равные или отдельных органов и равные 6-10Гц. Колебания с такой частотой влияют на психологическое состояние человека. 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 вызвать нарушения деятельности сердечнососудистых 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 привести в «церебральную» форму, практически не излечимую.

При частоте колебаний ниже 1 Гц тело человека движется как единое целое – внутренние органы не испытывают относительных перемещений. Такие колебания хотя и неприятны, но не опасны (качка). Следствием такой вибрации является морская болезнь. Большинство внутренних органов имеют собственную частоту колебаний в диапазоне6–9 Гц. Воздействие на организм человека внешних колебаний с такими же частотами очень опасно, так как они могут вызвать механические повреждения или даже разрыв органов. Длительное воздействие интенсивной общей вибрации может быть причиной вибрационной -бо лезни – нарушений физиологических функций организма, обусловленных преимущественно воздействием вибрации на центральную нервную систему.

Эти нарушения проявляются в виде головных болей, головокружений, плохого сна, раздражительности, пониженной работоспособности, нарушений сердечной деятельности.

При частотах выше 100 Гц вибрация может действовать только как локальная. Локальная вибрация при длительном воздействии вызывает спазмы сосудов, вследствие чего происходит ухудшение снабжения кровью конечностей.

Кроме того, локальная вибрация воздействует на нервные окончания, мышечные и костные ткани, выражающиеся в нарушении чувствительности кожи, окостенений сухожилий мышц, болях и отложениях солей в суставах кистей рук и пальцев, что приводит к деформациям и уменьшению подвижности суставов. Одновременно наблюдаются нарушения деятельности центральной нервной системы.

Организм особенно чувствителен к вертикальным сотрясениям, когда человек стоит на вибрирующей поверхности. Наиболее вредным для человека является одновременное действие вибрации, шума и низкой температуры.

1.2. Параметры вибрации и их нормирование

1.2.1. Вибрация характеризуется тремя параметрами: смещением из положения равновесия, колебательной скоростью и колебательным ускорением.

Исходя из психофизиологических соображений и для удобства вычислений, параметры вибрации выражают в логарифмических единицах. Эти логарифмические единицы называют уровнями, выражают в децибелах и обозначают буквой L с соответствующим индексом:

– уровень смещения L = 20 lg x ;

– уровень колебательной скорости L v = 20 lg V ;

– уровень колебательного ускорения L a = 20 lg a , a0

где x 0 , V 0 , a 0 – опорные значения, установленные международными соглаше-

ниями: x 0 = 8 10-12 м; V 0 = 5 · 10-8 м/с; a 0 = 3 · 10-4 м/с2 .

В практике вибрации обычно измеряют и нормируют в октавных полосах частот, т. е. полосах, у которых отношение граничных частот f гр2 /f гр1 = 2.

Октавные полосы стандартизированы международным соглашением. Для общей вибрации среднегеометрические частоты октавных полос образуют сле-

дующий ряд: 1; 2; 4; 8; 16; 31,5; 63; для локальной вибрации: 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц.

1.2.2. Нормируемыми характеристиками вибрации, определяющими ее воздействие на человека, являются среднеквадратичные значения виброскорости V в м/с и виброускорения a в м/с2 или их логарифмические уровни L V и L a в дБ соответственно.

Вибрация, воздействующая на человека, нормируется отдельно для каждого установленного направления в каждой из октавных полос.

Гигиенические нормы вибрации, воздействующей на человека в производственных условиях, указаны в СН2.2.4/2.1.8.565-96 «Производственная вибрация. Вибрация в помещениях и общественных зданиях» (Приложение 1). Нормируемыми параметрами вибрации на подвижном составе являются уровни амплитудных значений колебательной скорости L v и колебательного ускорения L a , а также учитывается повторяемость этих величин (СН 2.9.4/21.8.566-96).

На локомотивах вибрации нормируют по ускорениям (12.2.056-81). Допустимые уровни вибраций для основных видов работ устанавливают-

ся ГОСТ 12.2.056 – 2004 «Вибрационная безопасность и общие требования».

1.3. Мероприятия по устранению вибраций

Общие мероприятия по борьбе с вредным воздействием вибрации можно объединить в три группы: инженерно-технические, организационные и профилактические.

Инженерно-технические мероприятия включают в себя внедрение вибробезопасных машин, применение средств виброзащиты, снижающих вибрацию, воздействующую на работающих, на путях ее распространения; проектировочными решениями технологических процессов и производственных помещений, обеспечивающими гигиенические нормы вибрации на рабочих местах.

Организационные мероприятия включают в себя контроль за монтажом оборудования, своевременным и качественным проведением плановопредупредительного обслуживания и ремонта, выполнением правил технической эксплуатации машин и агрегатов.

Лечебно-профилактические мероприятия обеспечивают необходимый микроклиматический режим и комплекс физиотерапевтических процедур(водные ванны, массаж, гимнастика и ультрафиолетовые облучения).

Вибрацию связывают с процессом колебаний, возникающим в различных физических условиях и относящимся к различным объектам. Среди них, в первую очередь нужно отметить материальные тела, совершающие механические движения относительно друг друга (поступательные или угловые). То есть можно выделить класс механических колебаний. Существуют колебания и другой физической природы: электрические колебания, тепловые колебания.

Вибрация представляет собой механическое колебательное движение, простейшим видом которого является гармоническое поступательное или крутильное колебание.

Основные параметры синусоидального поступательного колебания : частота в герцах (1 кол./с); изменяющиеся во времени вибросмещение Y(t); виброскорость V(t); виброускорение а(t). Время, в течение которого колеблющееся тело совершает одно полное колебание, называется периодом колебания Т(с). Для синусоидальных колебаний амплитудные (пиковые) значения виброскорости А V и виброускорения А а определяются по формулам

А V = 2p fА Y ; А а = (2p f) 2 A Y ,

где p – 3,14; f – частота, Гц; А Y – амплитуда вибросмещения, м.

Для крутильных колебаний вибросмещение, виброскорость и виброускорение выражаются в угловых единицах.

Для оценки вибрации используются также логарифмические уровни виброскорости L v и виброускорения L а , выражаемые в децибелах (Дб) и определяемые по формулам

Величина колебательной энергии, поглощенной телом человека Q, прямо пропорциональна площади контакта, времени воздействия и интенсивности раздражителя

где I – интенсивность вибрации, кгм/м 2 ×с; S – площадь контакта, м 2 ;
t – длительность воздействия, с.

Интенсивность вибрации, а, следовательно, колебательная энергия прямо пропорциональны квадрату колебательной скорости:

где V – среднеквадратичное значение колебательной скорости, м/с;
Z/S – модуль входного удельного механического импеданса (сопротивления) в зоне контакта, кг/с×м 3 .

Механический импеданс определяется как отношение амплитуды колебательной силы к амплитуде результирующей колебательной скорости в точке приложения этой силы.

В общем случае любая физическая величина, характеризующая вибрацию (например, виброскорость), является некоторой функцией времени:
V = V(t). Математическая теория показывает, что такой процесс можно представить в виде суммы бесконечного числа синусоидальных колебаний (гармоник) с различными периодами и амплитудами. В случае периодического процесса частоты этих гармоник кратны основной частоте процесса: f n = nf 1 (n = 1, 2, 3, ... ; f 1 = 1/T – основная частота процесса).

Амплитуды гармоник определяют по известным формулам разложения в ряд Фурье. Если же процесс не имеет определенного периода (случайные или кратковременные одиночные процессы), то число таких синусоидальных составляющих становится бесконечно большим, а их частоты и амплитуды распределяются непрерывным образом, при этом амплитуды определяют разложением по формуле интеграла Фурье.

Таким образом, спектр периодического или квазипериодического колебательного процесса является дискретным (рис. 5.1, а, б), а случайного или кратковременного одиночного процесса – непрерывным (рис. 5.1, в).

Рис. 5.1. Спектры виброакустических параметров

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 (см. рис. 5.1, б). Если 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 (рис. 5.1, г).

В силу специфических свойств органов чувств определяющими являются действующие значения параметров, характеризующих вибрацию. Так, действующее значение виброскорости есть среднеквадратичное мгновенных значений скорости V(t) за время усредненияТ у,которое выбирают с учетом характера изменения виброскорости во времени

Таким образом, для характеристики вибрации используют спектры действующих значений параметров или средних квадратов последних
V 2 = u 2 д. При оценке суммарного воздействия колебаний различных частот или отдельных источников следует иметь в виду, что при сложении некогерентных колебаний результирующую виброскорость (ускорение/смеще-ние) находят соответствующим суммированием мощностей отдельных составляющих спектра (или отдельных источников) или, что одно и то же, суммированием средних квадратов виброскорости

V 2 1 + V 2 2 + ... + V 2 n ,

где n – число составляющих в спектре.

В соответствии с этим результирующее действующее значение указанного параметра определяется выражением

Изображение непрерывного спектра требует обязательной оговорки о ширине Df элементарных частотных полос, к которым относится изображение. Если f 1 – нижняя граничная частота данной полосы частот,
f 2 – верхняя граничная частота, то в качестве частоты, характеризующей полосу в целом, берется среднегеометрическая частота

В практике виброакустических исследований весь диапазон частот вибраций разбивают на октавные диапазоны. В октавном диапазоне верхняя граничная частота вдвое больше нижней (f 2 / f 1 = 2). Анализ и построение спектров параметров вибрации могут производиться также в третьоктавных (f 2 / f 1 = ) полосах частот.

В зависимости от характера контакта тела человека с источником производственной вибрации условно различают локальную и общую вибрацию.

Вибрация передаваемая на тело стоящего, сидящего или лежащего человека в точках его опоры (ступни ног, ягодицы, спина, голова) определяется как общая (рис. 5.2, а; 5.3). Вибрация, передаваемая преимущественно через руки человека (работающего) в местах контакта с управляемой машиной или обрабатываемым изделием, определяется как локальная (рис. 5.2, б; 5.4). В производственных условиях часто имеет место сочетание локальной и общей вибраций.

Смешанное воздействие с преобладанием локальной вибрации возникает при работе ряда ручных машин, когда передача колебаний по телу осуществляется не только через верхние, но и через нижние конечности, грудь, спину и другие части тела в зависимости от рабочей позы и конструкции инструмента.

Локальную вибрацию подразделяют на действующую вдоль осей ортогональной системы координат Х л, Y л, Z л , (рис. 5.2, б), где ось Х л параллельна оси места охвата источника вибрации (рукоятки, ложемента, рулевого колеса, рычага управления, удерживаемого в руках обрабатываемого изделия и т. п.), ось Y л перпендикулярна ладони, а ось Z л лежит в плоскости, образованной осью Х л и направлением подачи или приложения силы (или осью предплечья, когда сила не прикладывается).

Рис. 5.2. Направление координатных осей при действии вибрации : а – общей (положение стоя и сидя); б – локальной (охват цилиндрических и сферических
поверхностей)

По источнику возникновения общую вибрацию классифицируют на категории:

· общую вибрацию 1-й категории – транспортную вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах самоходных и прицепных машин, транспортных средств при движении по местности, агрофонам и дорогам (в том числе при их строительстве). К источникам транспортной вибрации относят: тракторы сельскохозяйственные и промышленные, самоходные сельскохозяйственные машины (в том числе комбайны); автомобили грузовые (в том числе тягачи, скреперы, грейдеры, катки и т. д.); снегоочистители; самоходный горно-шахтный рельсовый транспорт;

· общую вибрацию 2-й категории – транспортно-технологическую вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах машин, перемещающихся по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок, горных выработок. К источникам транспортно-технологической вибрации относят: экскаваторы (в том числе роторные); краны промышленные и строительные; машины для загрузки (завалочные) мартеновских печей в металлургическом производстве; горные комбайны, шахтные погрузочные машины, самоходные бурильные каретки; путевые машины, бетоноукладчики, напольный производственный транспорт;

· общую вибрацию 3-й категории – технологическую вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах стационарных машин или передающуюся на рабочие места, не имеющие источников вибрации. К источникам технологической вибрации относят: станки металло- и деревообрабатывающие; кузнечно-прессовое оборудование; литейные машины; электрические машины, стационарные электрические установки; насосные агрегаты и вентиляторы; оборудование для бурения скважин, буровые станки; машины для животноводства, очистки и сортировки зерна (в том числе сушилки); оборудование промышленности стройматериалов (кроме бетоноукладчиков); установки химической и нефтехимической промышленности и др.

а) на постоянных рабочих местах производственных помещений предприятий;

При нормировании общую вибрацию определяют по направлению вдоль осей ортогональной системы координат Х о, Y о, Z о (см. рис. 5.2, а), где Х о (от спины к груди) и Y о (от правого плеча к левому) – горизонтальные оси, направленные параллельно опорным поверхностям; Z о – вертикальная ось, перпендикулярная опорным поверхностям тела в местах его контакта с сиденьем, полом и т. п.

В отличие от рассмотренных направлений координатных осей и параметров оценки вибрации, в новых национальных стандартах , созданных в соответствии с законом о техническом регулировании, при оценке вибрации, воздействующей на человека, предложена базицентрическая система координат и параметры еe оценки.

Общую вибрацию измеряют в направлении осей системы координат с центром в точке контакта тела человека с вибрирующей поверхностью в базицентрической системе координат, как показано на рис. 5.3. При этом относительно координатных осей X, Y, Z сидящего человека оцениваются также угловые (крутильные) колебания в направлениях r x , r y , r z .

Рис. 5.3. Базицентрическая система координат
для тела человека при измерении общей вибрации по : а – положение сидя; б – поло-
жение стоя; в – положение лежа

Локальную вибрацию следует измерять в направлении осей ортогональной системы координат, как показано на рис. 5.4. Из практических соображений эту систему координат удобно задавать относительно соответствующей базицентрической системы координат. В случае измерения локальной вибрации положение базицентрической системы координат определяется предметом – обрабатываемой деталью, рукояткой инструмента или рычагом устройства управления, через который вибрация передается на сжатую кисть.


а)	б)

Рис. 5.4. Система координат, связанная с кистью руки при измерении локальной вибрации по : а – положение «сжатая ладонь» (кисть обхватывает цилиндрическую рукоятку); б – положение «плоская ладонь» (кисть нажимает на сферическую поверхность);
обозначения: – биодинамическая система координат;
– базицентрическая система координат

Центром биодинамической системы координат является головка третьей пястной кости. Ось z h определена как продольная ось третьей пястной кости с положительным направлением в сторону кончика пальца. Ось х h проходит через начало координат, перпендикулярна к оси z h и направлена вверх, когда кисть находится в нормальном анатомическом положении (ладонью вверх). Ось y h перпендикулярна к двум другим осям и положительно направлена в сторону большого пальца. На практике обычно используют базицентрическую систему координат, получаемую вращением системы координат в плоскости (y – z) таким образом, чтобы ось y h была параллельна оси предмета, удерживаемого кистью руки (например, рукоятки).

В соответствии с для нормирования и оценки вибрации (в том числе общей низкочастотной в диапазоне от 0,1 до 0,5 Гц) должны применяться следующие параметры корректированного ускорения.

1. Среднеквадратичное значение корректированного ускорения a w (м/с 2): усредненная по времени поступательная или угловая вибрация, определяемая формулой

где a w (x) – текущее значение корректированного ускорения (поступательного или углового) как функция времени x; T – период измерений.

2. Уровень корректированного ускорения : уровень среднеквадратичного значения корректированного ускорения, дБ, определяемый формулой

где a w – среднеквадратичное значение корректированного ускорения, м/с 2 ; a 0 – опорное значение ускорения, равное 10 –6 м/с 2 (по ИСО 1683:1983).

3. Текущее среднеквадратичное значение корректированного ускорения : среднеквадратичное значение корректированного ускорения в момент времени t, определяемое формулой

где – текущее значение корректированного ускорения в момент времени x; q – период интегрирования; t – текущее время.

Примечание. В качестве аппроксимации линейного усреднения может быть использовано экспоненциальное усреднение, определяемое формулой

где t – постоянная времени экспоненциального усреднения.

4. Максимальное кратковременное среднеквадратичное значение (корректированного ускорения) MTVV : максимальное значение текущего среднеквадратичного значения корректированного ускорения для периода интегрирования q, равного 1 с.

5. Доза укачивания MSDV : величина, представляющая собой интеграл квадрата корректированного ускорения , выражаемая в м/с 1,5 и определяемая формулой

где Ф – общий период времени, в течение которого наблюдают низкочастотные колебания, вызывающие укачивание (болезнь движения).

Примечание. Доза укачивания может быть получена из среднеквадратичного значения корректированного ускорения умножением на коэффициент Ф 1/2 . Если не определено иначе, время воздействия Ф принимают равным периоду измерений Т.

6. Доза вибрации VDV : величина, представляющая собой интеграл четвертой степени корректированного ускорения , выражаемая в м/с 1,75 и определяемая формулой

где Ф – общее время воздействия вибрации.

7. Полная вибрация a v : суммарная вибрация по трем осям поступательного движения, определяемая формулой

где a wx , a wy и a wz – среднеквадратичные значения корректированного ускорения в направлении трех ортогональных измерительных осей x, y и z соответственно; k x , k y и k z – поправочные множители (коэффициенты), значения которых зависят от целей измерения.

8. Пиковое значение : максимальное значение модуля корректированного ускорения на периоде измерения.

При оценке общей вибрации (по ГОСТ 31319-2006) для каждой i-й операции измерению (оценке) подлежат следующие основные параметры:

– среднеквадратичное значение корректированного виброускорения a wi , м/с 2 , вдоль каждой из трех осей системы координат, связанной с опорной поверхностью;

– общая длительность T i воздействия вибрации в процессе выполнения i-й операции в течение рабочего дня.

Для каждого направления l значение эквивалентного виброускорения
А l (8), м/с 2 , определяют по формуле

где a l wi – среднеквадратичное значение корректированного виброускорения, определенное на интервале времени T i ; k x = k y = 1,4 для направлений x и y; и k z = 1 для направления z; l – индекс, указывающий направление измерений (оценки) вибрации (x, y или z); T 0 – опорный период времени, равный 8 ч (28 800 с).

Примечания:

1) ГОСТ 31191.1 допускает проводить оценку общей вибрации на основе значения дозы вибрации VDV i , рассчитанной для того же периода времени T 0 и направления l , вместо A l (8). Использование значения дозы вибрации вместо значения эквивалентного виброускорения приводит, как правило, к другой оценке риска вибрационного воздействия;

2) значения k l в направлениях x и y основаны на чувствительности к вибрации сидящего человека (ГОСТ 31191.1) и распространены на другие возможные позы (например, положение стоя);

3) при наличии отчетливо выраженного доминирующего направления действия вибрации допускается проводить измерения только в этом направлении.

Долю отдельной операции или рабочего цикла i в значении эквивалентного виброускорения определяют по формуле

При оценке локальной вибрации (ГОСТ 31192.1-2004) основной величиной, используемой для описания уровня вибрации, является среднеквадратичное значение корректированного виброускорения. Измерения корректированного виброускорения требуют применения соответствующих полосовых и весовых фильтров. Применение частотной коррекции W h исходит из того, что вибрация на разных частотах по-разному влияет на степень получаемых повреждений.

Измерения необходимо проводить во всех трех направлениях. При этом отдельно должны быть зафиксированы среднеквадратичные значения корректированных виброускорений , , .

Полную вибрацию a hv определяют как корень из суммы квадратов трех составляющих вибрации:

5.2. Действие вибрации на организм

В производственных условиях ручные машины, вибрация которых имеет максимальные уровни энергии (максимальный уровень виброскорости) в полосах низких частот (до 35 Гц), вызывают вибрационную патологию с преимущественным поражением нервно-мышечного, опорно-двигатель-ного аппаратов. При работе с ручными машинами, вибрация которых имеет максимальный уровень энергии в высокочастотной области спектра (выше 125 Гц), возникают главным образом сосудистые расстройства с наклонностью к спазму периферических сосудов. При воздействии вибрации низкой частоты заболевание возникает через 8–10 лет (формовщики, бурильщики с электросверлами), при воздействии высокочастотной вибрации – через 5 и менее лет (шлифовщики, рихтовщики).

Локальная вибрация широкого спектра преимущественно средне-высокочастотная (35...125 Гц и более) чаще с неравномерным распределением максимальных уровней по ширине спектра энергии и наличием импульсного удара (клепка, обрубка, бурение) вызывает различную степень сосудистых, нервно-мышечных, костно-суставных и других нарушений. Повышенная локальная вибрация может приводить к нарушениям потоков крови в периферических сосудах рук, неврологических и локомоторных функций кисти и всей руки. По оценкам от 1,7 % до 3,6 % рабочих развитых стран подвергаются потенциально опасному воздействию локальной вибрации. Термин «синдром локальной вибрации» широко используют для определения нарушений деятельности периферических сосудов, неврологических и мышечно-скелетных повреждений, обусловленных воздействием локальной вибрации. Проявления неврологических или сосудистых нарушений у рабочих, подверженных воздействию такой вибрации, могут носить как индивидуальный, так и групповой характер. В некоторых странах, в том числе в РФ, болезни сосудов и суставов, вызванные действием локальной вибрации, причислены к профессиональным заболеваниям с соответствующим возмещением нанесенного здоровью ущерба. Сроки развития патологии при воздействии подобной вибрации – от 3 до 8 лет.

Возникновение и развитие вибрационной болезни обусловлены сложным взаимодействием рефлекторно развивающихся изменений в деятельности различных отделов нервной системы. Большую роль в характере реакций организма играют сопутствующие факторы: микротравматизация, охлаждение, статическое мышечное усилие, пониженное атмосферное давление, производственный шум.

5.3. Гигиеническое нормирование вибрации

Значения нормируемых параметров вибрации, полученные в результате измерений на рабочих местах, непосредственно сравнивают с гигиеническими нормативами. Гигиеническая оценка постоянной и непостоянной вибрации, воздействующей на человека, производится следующими методами :

· частотным (спектральным) анализом нормируемого параметра;

· интегральной оценкой по частоте нормируемого параметра;

· интегральной оценкой с учетом времени вибрационного воздействия по эквивалентному (по энергии) уровню нормируемого параметра;

· дозной оценкой.

Нормируемые параметры указываются для определенного диапазона частот:

· для локальной вибрации в виде октавных полос со среднегеометрическими частотами: 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц;

При частотном (спектральном) анализе нормируемыми параметрами являются cредние квадратические значения виброскорости v и виброускорения а или их логарифмические уровни L v , L a , измеряемые в октавных и треть октавных полосах частот.

При интегральной оценке по частоте нормируемым параметром является корректированное значение виброскорости и виброускорения U или их логарифмические уровни L U , измеряемые с помощью корректирующих фильтров или вычисляемые по формулам

или ,

где U i , L Ui – средние квадратические значения виброскорости или вибро-ускорения (или их логарифмические уровни) в i-й частотной полосе; n – число частотных полос (1/3 или 1/1 октав) в нормируемом частотном диапазоне; K U i , L ki – весовые коэффициенты для i-й частотной полосы соответственно для абсолютных значений или их логарифмических уровней, определяемые для локальных и для общих вибраций по таблицам, т. е. корректированный уровень вибрации – одночисловая характеристика вибрации, определяемая как результат энергетического суммирования уровней вибрации в октавных полосах частот с учетом октавных поправок.

При интегральной оценке вибрации с учетом времени ее воздействия по эквивалентному (по энергии) уровню нормируемым параметром является эквивалентное корректированное значение виброскорости или виброускорения U экв или их логарифмический уровень L U экв, измеренные или вычисленные по формулам

или L U экв

где U i – корректированное по частоте значение контролируемого параметра виброскорости (v, L v), м/с или виброускорения (a, L a), м/с 2 ; t i – время действия вибрации, ч;

где n – общее число интервалов действия вибрации.

Следовательно, эквивалентный (по энергии) корректированный уровень изменяющейся во времени вибрации – это корректированный уровень постоянной во времени вибрации, которая имеет такое же среднеквадратичное корректированное значение виброускорения и/или виброскорости, что и данная непостоянная вибрация в течение определенного интервала времени.

Доза вибрации D определяется по формуле

где – корректированное по частоте значение контролируемого параметра в момент времени t, м/с –2 или м/с –1 ; m – показатель эквивалентности физиологического воздействия вибрации, устанавливаемый санитарными нормами.

Предельно допустимые величины нормируемых параметров производственной локальной вибрации при длительности вибрационного воздействия 480 мин (8 ч) приведены в табл. 5.1.

Работа в условиях воздействия вибрации с уровнями, превышающими санитарные нормы более чем на 12 дБ (в 4 раза) по интегральной оценке или в какой-либо октавной полосе, не допускается.

Таблица 5.1

Предельно допустимые значения производственной локальной вибрации

Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц	Предельно допустимые значения по осям Х л, Y л, Z л
виброускорения	виброскорости
м/с 2	дБ	м/с×10 –2	дБ
	1,4		2,8
	1,4		1,4
31,5	2,8		1,4
	5,6		1,4
	11,0		1,4
	22,0		1,4
	45,0		1,4
	89,0		1,4
Корректированные и эквивалентные корректированные значения и их уровни	2,0		2,0

Предельно допустимые величины нормируемых параметров вибрации рабочих мест при длительности вибрационного воздействия 480 мин (8 ч) для вибрации категории 1 (транспортной вибрации) приведены в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Предельно допустимые значения вибрации рабочих мест


м/c	дБ
в 1/3 октаве	в 1/1 октаве	в 1/3 октаве	в 1/1 октаве
Z o	X o ,Y o	Z o	X o ,Y o	Z o	X o ,Y o	Z o	X o ,Y o
0,80	0,70	0,22	–	–			–	–
1,00	0,63	0,22	1,10	0,40
1,25	0,56	0,22	–	–			–	–
1,60	0,50	0,22	–	–			–	–
2,00	0,45	0,22	0,79	0,45
2,50	0,40	0,28	–	–			–	–
3,15	0,35	0,35	–	–			–	–
4,00	0,32	0,45	0,56	0,79
5,00	0,32	0,56	–	–			–	–
6,30	0,32	0,70	–	–			–	–
8,00	0,32	0,89	0,63	1,60

Окончание табл. 5.2

Средне-геометри-ческие частоты полос, Гц	Предельно допустимые значения виброускорения
м/c	дБ
в 1/3 октаве	в 1/1 октаве	в 1/3 октаве	в 1/1 октаве
Z o	X o ,Y o	Z o	X o ,Y o	Z o	X o ,Y o	Z o	X o ,Y o
10,00	0,40	1,10	–	–			–	–
12,50	0,50	1,40	–	–			–	–
16,00	0,63	1,80	1,10	3,20
20,00	0,79	2,20	–	–			–	–
25,00	1,00	2,80	–	–			–	–
31,50	1,30	3,50	2,20	6,30
40,00	1,60	4,50	–	–			–	–
50,00	2,00	5,60	–	–			–	–
63,00	2,50	7,00	4,50	13,00
80,00	3,20	8,90	–	–			–	–
Корректированные и эквивалентные корректи-рованные значения и их уровни	–	–	0,56	0,40	–	–

5.4. Профилактика вибропоражений

Задачей обеспечения вибрационной безопасности является предотвращение условий, при которых воздействие вибрации могло бы привести к ухудшению состояния здоровья работников, в том числе к профессиональным заболеваниям, а также к значительному снижению комфортности условий труда (особенно для лиц профессий, требующих при выполнении производственного задания исключительного внимания во избежание возникновения опасных ситуаций, например, водителей транспортных средств).

Концепция вибрационной безопасности, принятая в странах Европейского Союза (ЕС) и в Российской Федерации, заключается в том, что на изготовителя машины – источника вибрации, ложится ответственность за характеристики этой машины, непосредственно влияющие на условия ее безопасного применения. После того как изготовитель выполнил свои обязательства и заявил требуемые характеристики машины, последней открывается беспрепятственный доступ на национальный и международные рынки. Дальнейшая ответственность за правильный выбор машин и правильное их применение лежит на работодателе.

К организационно-техническим мероприятиям по профилактике вибропоражений относятся: замена операций, требующих применения ручных машин, автоматизацией процессов и их дистанционным управлением; максимальное применение прессовой и односторонней клепки взамен ударной; уменьшение удельного веса обрубных работ за счет внедрения точного литья, дробеструйной чистки литья, газопламенной резки и электроискровой и электрохимической обработки; применение самоходного оборудования с автоматическим управлением взамен ручного бурения; механизация процессов ручной формовки; дистанционное управление бетоноукладчиков и пр., а также планово-предупредительный ремонт и контроль вибрационных параметров.

Планово-предупредительный ремонт и контрольвибрационных параметров заключается в том, что ручные машины, находящиеся в эксплуатации, не реже чем 1 раз в 6 мес должны проверяться на соответствие их вибрационных параметров паспортным данным. Все результаты контрольных измерений вибрации машины, отметки о ремонте и профилактике вносятся в специальный журнал и индивидуальный паспорт машины. Ручные машины должны быть индивидуально закреплены за работающими, храниться в специально отведенных местах, регулярно подвергаться смазке.

К техническим мероприятиям относится создание новых конструкций инструментов и машин, вибрация которых не должна выходить за пределы безопасной для человека, а усилие, прикладываемое руками работающего к ручной машине, должно быть в пределах 15...20 кг, создание клепальных, рубильных, отбойных, бурильных и других конструкций, в которых используются различные принципы виброзащиты: изменение внутреннего цикла работы молотков, выбор рациональных параметров ударного узла, применение различных демпфирующих приспособлений.

Для защиты левой руки от вибрации вставного инструмента применяются виброгасящие насадки из губчатой резины, пластмассы в комбинации с пружинными амортизаторами, подобные насадки используются и для защиты от вибрации рукояток шлифовальных машин. Уменьшения вибрации шлифовальных и других инструментов вращательного действия можно добиться тщательной регулярной балансировкой абразивных кругов и насадок, регулярной заменой кругов с нарушенными поверхностями, создающими дисбаланс.

Для уменьшения вибрации, передаваемой на рабочие места, применяются специальные амортизирующие сиденья, площадки с пассивной пружинной изоляцией, резиновые, поролоновые и другие виброгасящие настилы.

Расчет фундаментов и виброизоляционных средств на стадии проектирования является кардинальным средством снижения общей вибрации при установке мощных машин и агрегатов.

Гигиенические, лечебно-профилактические и правовые мероприятия. В соответствии с рекомендациями к разработке положения о режиме труда работников виброопасных профессий общее время контакта с вибрирующими машинами, вибрация которых соответствует санитарной норме, на протяжении смены не должно превышать 2/3 длительности рабочего дня. Операции должны распределяться между работниками так, чтобы продолжительность непрерывного воздействия вибрации, включая микропаузы, не превышала 15–20 мин. Рекомендуются при этом два регламентированных перерыва (для активного отдыха, проведения производственной гимнастики по специальному комплексу, гидропроцедур): 20 мин (через 1–2 ч от начала смены) и 30 мин (через 2 ч после обеденного перерыва).

Режим труда должен устанавливаться при показателе превышения вибрационной нагрузки на оператора не менее 1 дБ (в 1,12 раза), но не более 12 дБ (в 4 раза).

При показателе превышения более 12 дБ (в 4 раза) запрещается проводить работы и применять машины, генерирующие такую вибрацию.

К работе с вибрирующими машинами и оборудованием допускаются лица не моложе 18 лет, получившие соответствующую квалификацию и сдавшие технический минимум по правилам безопасности выполнения работ. При приеме на работу они должны проходить предварительный медицинский осмотр, а в процессе работы – периодические осмотры не реже 1 раза в год в соответствии с приказом министра здравоохранения.

Работа с вибрирующим оборудованием, как правило, должна проводиться в отапливаемых помещениях с температурой воздуха не менее 16 °С при влажности 40...60 % и скорости его движения не более 0,3 м/с. При невозможности создания подобных условий (работа на открытом воздухе, подземные работы и т. п.) для периодического обогрева должны быть предусмотрены специальные отапливаемые помещения с температурой воздуха не менее 22 °С, относительной влажностью 40...60 % и скоростью движения воздуха 0,3 м/с. В случае необходимости соприкосновения с холодным металлом следует пользоваться теплыми рукавицами.

Для повышения защитных свойств организма, работоспособности и трудовой активности следует использовать специальные комплексы производственной гимнастики, витаминопрофилактику (два раза в год комплекс витаминов С, В; никотиновая кислота), спецпитание. Целесообразно проведение в середине или в конце рабочего дня 5–10-минутных гидропроцедур, сочетающих ванночки при температуре воды 38 °С и самомассаж для верхних конечностей.

Средства индивидуальной защиты. В качестве индивидуальных средств защиты от вибрации применяются гасящие вибрацию рукавицы и специальная обувь. В настоящее время требования к защитным рукавицам и обуви с применением упруго-демпфирующих материалов регламентируются специальными ГОСТами. Стандартизируются эффективность гашения вибрации, толщина упруго-демпфирующего материала, преимущественная область применения и другие требования к защитным изделиям этого типа.

Контрольные вопросы к главе 5

1. В каких отраслях промышленности, и при каких технологических операциях встречается вибрация, как фактор производственной среды?

2. Какое оборудование является источником вибрации, и каковы виброакустические характеристики этого оборудования?

3. По каким причинам при работе, в процессе эксплуатации различного оборудования возможно повышение уровня вибрации (колебательной скорости)?

4. Дайте характеристику основных параметров вибрации.

5. В чем разница между абсолютными значениями параметров вибрации и их уровнями?

6. От чего зависит величина колебательной энергии, поглощенной телом человека?

7. Как связаны интенсивность вибрации, а, следовательно, колебательная энергия с колебательной скоростью?

8. Что характеризует механический импеданс?

9. Что понимается под стандартной среднегеометрической частотой в виброакустике?

10. Как подразделяют вибрацию в зависимости от характера контакта тела рабочего с источником вибрации?

11. В направлении каких координатных осей указывают значения нормируемых параметров для общей и локальной вибраций?

12. Что относят к факторам, усугубляющим воздействие вибрации ручных машин на организм человека?

13. Как подразделяют общую вибрацию по источнику возникновения вибрации?

14. К чему приводит воздействие вибрации на организм человека?

15. Какие параметры являются нормируемыми для вибрации?

16. Какие методы гигиенического нормирования вибрации Вы знаете?

17. Какие мероприятия применяются для профилактики неблагоприятного действия вибрации на организм человека?

18. Как влияет частотный состав вибрации на эффективность инженерно-технических мероприятий по снижению ее уровня?

19. Какие применяются средства индивидуальной защиты от вибрации?

Библиографический список к главе 5

1. СН 2.2.4/2.1.8.566-96. Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий. – М.: Минздрав России, 1997.

2. ГОСТ 12.1.012-90 ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования.

3. ГОСТ 12.1.012-2004 ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования.

4. ГОСТ 31191.1-2004 (ИСО 2631-1:1997) Вибрация и удар. Измерение общей вибрации и оценка ее воздействия на человека. – Ч. 1. Общие требования

5. ГОСТ 31192.1-2004 (ИСО 5349-1:2001) Вибрация. Измерение локальной вибрации и оценка ее воздействия на человека. – Ч. 1. Общие требования

6. Вибрация в технике: справочник. – Т. 4. Вибрационные процессы и машины / под ред. Р. Левендела. – М.: Машиностроение, 1981. – 509 с.

7. Вибрация в технике: справочник. – Т. 6. Защита от вибрации / под ред. К.В. Фролова. – М.: Машиностроение, 1981. – 456 с.

Глава 6. Шум. инфразвук и ультразвук

Под шумом как гигиеническим фактором принято подразумевать совокупность слышимых звуковых волн, неблагоприятно воздействующих на организм человека, мешающих его работе и отдыху. Ультразвук и инфразвук – это также совокупность звуковых волн, но не слышимых человеком, однако оказывающих неблагоприятное энергетическое воздействие на человека.

В настоящее время акустические факторы, особенно шум, становятся наиболее распространенными социально-гигиеническими факторами внешней, как бытовой, так и производственной среды в связи с расширением сферы потребления, интенсификацией и механизацией технологических процессов, развитием дизелестроения, реактивной авиации, транспорта, строительных технологий. Введение новых высокопроизводительных видов бытового и производственного оборудования с постоянным увеличением скоростей движения машин и механизмов, широкое применение пневматического инструмента различного назначения, расширение станочного парка создают предпосылки для возникновения новых источников интенсивного шума, инфразвука и ультразвука и усиления их интенсивности при интенсификации существующих ранее технологических процессов.