1.2.2. Исследование параметров вибрации

Производственная вибрация является одним из наиболее распространённых физически опасных и вредных производственных факторов рабочей среды.

Длительное воздействие вибраций на организм человека приводит к развитию преждевременного утомления, снижению производительности труда, росту заболеваемости и нередко к возникновению профессиональной патологии – вибрационной болезни, которая занимает одно из первых мест в структуре хронических профессиональных заболеваний.

Вибрация – это сложный колебательный процесс, возникающий при периодическом смещении центра тяжести какого-либо тела от положения равновесия, а также при периодическом изменении формы тела, которую оно имело в статическом состоянии. Вибрация – это механическое колебание системы с упругими связями.

Простейшей формой вибрации является гармоническое колебание, когда рассматриваемая точка конструкции смещается в заданном направлении от положения равновесия в зависимости от времени по синусоидальному закону. Время, в течение которого материальное тело совершает одно полное колебание, называют периодом колебаний. Число полных колебаний за единицу времени называют частотой колебаний (f). За единицу частоты принимают одно колебание в секунду –Герц (Гц).

Максимальное отклонение тела от положения устойчивого равновесия называется амплитудой (а), которая измеряется в линейных единицах (метрах или сантиметрах). Вибрация как движение характеризуется скоростью и ускорением. Скорость (V), измеряемая в м/с, является первой производной смещения во времени и определяется по формуле

V=2πaf. (4)

Ускорение (ω), измеряемое в м/с², – вторая производная смещения во времени, определяется по формуле

ω=4π²f²a. (5)

В практических целях для санитарного нормирования и контроля используют среднеквадратичные значения амплитуды, скорости и ускорения, а также их логарифмические уровни в децибелах.

Среднеквадратичные значения:

a_i=a/ , V_i=V/ , ω _i= ω / . (6)

Логарифмические уровни:

L_v=20 lg ; Lω=20 lg . (7)

Измерение среднеквадратичных значений виброcкорости и амплитуды производится с помощью виброизмерительных приборов (например, ВИП-2). Зная эти величины, можно определить среднеквадратичное значение ускорения.

Нормирование вибрации осуществляется не по среднеквадратичным значениям скорости и ускорения, а по их логарифмическим уровням. Чтобы не производить сложных математических расчётов, измеренное значение виброскорости в м/с переводят в уровень виброскорости в децибелах по табл. ГОСТ 12.1.012-96 «Вибрация. Общие требования безопасности».

Используя измеренные значения амплитуды и скорости, определяют частоту вибрации:

ƒ= V/2πa. (8)

Зная частоту, вид, категорию, направление действия вибрации, определяют нормативный уровень виброскорости в децибелах по табл. ГОСТ 12.1.012-90.

Воздействие вибрации на человека классифицируется:

• по способу передачи вибрации на человека: общую (действующую на всё тело человека) и локальную (действующую на руки человека) вибрацию;

• по направлению действия вибрации: для общей вибрации: ось Z₀ – вертикальная, ось Х₀ – горизонтальная ось спины к груди; ось у₀ – горизонтальная от правого плеча к левому; для локальной вибрации: оси Х_л, У_л, Z_л;

• по временной характеристике вибрации: постоянная вибрация, для которой контролируемый параметр за время наблюдения изменяется не более чем в два раза (на 6 ДБ); непостоянная вибрация, для которой эти параметры за время наблюдения изменяются более чем в два раза (на 6 ДБ ).

Вибрационная нагрузка человека нормируется для каждого направления действия вибрации.

Показатели вибрационной нагрузки на человека должны формироваться из следующих параметров: виброускорения, виброскорости, диапазона частот, времени воздействия вибрации.

Нормируемый диапазон частот устанавливается:

• для локальной вибрации – в виде октавных полос со среднегеометрическими частотами 1, 2, 4, 8, 16, 31, 5, 63, 125, 250, 1000 Гц;

• для общей вибрации – в виде октавных полос со среднегеометрическими частотами 1, 2, 4, 8, 16, 31, 5, 63 Гц.

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

Норму вибрационной нагрузки на человека устанавливают для длительности восемь часов, соответствующей длительности рабочей смены.

При постоянной вибрации норму вибрационной нагрузки на человека устанавливают в виде нормативных спектральных или корректированных по частоте значений контролируемого параметра для воздействия вибрации в течение восьми часов, а также в виде зависимости этих значений от длительности воздействия вибрации.

Если постоянная вибрация воздействует с перерывами, то норма назначается для суммарной длительности воздействия с учётом коэффициентов или корректирующих зависимостей, учитывающих восстановительные процессы в организме во время перерыва.

При непостоянной вибрации нормой вибрационной нагрузки на человека являются нормативные значения дозы вибрации или эквивалентного корректированного значения контролируемого параметра,

В соответствии с ГОСТ 12.1.012-96 вводятся категории вибрации и критерии оценки неблагоприятного воздействия вибрации. Санитарные нормы спектральных показателей вибрационной нагрузки на человека для общей и локальной вибрации приведены в соответствующих таблицах.

Защита человека от неблагоприятного воздействия вибрации является одной из актуальных задач.

Средством защиты от вибрации является устранение причин её возникновения в самом источнике.

Средства защиты от вибрации делятся на коллективные и индивидуальные. Средства коллективной защиты, в свою очередь, делятся на воздействующие на источник возбуждения и средства защиты от вибраций на путях её распространения.

К первым относятся такие широко распространённые средства защиты, как динамическое уравновешивание, антифазная синхронизация, изменение характера возмущающих воздействий, изменение конструктивных моментов источника возбуждения, изменение частоты колебаний. Они используются, как правило, на этапе проектирования или изготовления машины. Средства защиты от вибрации на путях её распространения могут быть заложены в проектах машин и производственных участков, а могут быть применены на этапе их эксплуатации.

Средством защиты рабочего места от вибрации является виброизоляция – это устранение жёстких связей между неуравновешенными машинами, оборудованием и конструкцией здания, сооружения.

Виброизоляцию разделяют на активную и пассивную,

Активная виброизоляция – постановка упругих элементов между источником вибрации и основанием.

Пассивная виброизоляция – постановка упругих элементов между вибрирующим основанием и рабочим местом.

В качестве виброизолирующих устройств широкое применение находят пружинные, резиновые, пневматические, гидравлические и другие амортизаторы.

Основным показателем, характеризующим эффективность виброизоляции, является коэффициент эффективности вибрационной защиты (К_эф.). Коэффициент эффективности показывает отношение перемещения (скорости, ускорения) защищаемого объекта до введения виброзащиты к значению этой же величины после её введения.

К_эф= a_об/a_i = V_об/V_i = ω_об/ ω_i , (9)

где a_i,V_i,ω_i – соответственно амплитуда, скорость и ускорение виброизолированного объекта;

a_об, V_об, ω_об – то же, до введения виброзащиты объекта.