Вибрация и ее воздействие на организм человека
6.Вибрация и ее воздействие на организм человека.
6.1. Физические характеристики и измерение.
Источниками вибраций на предприятиях ж.д. транспорта являются многие технологические процессы, связанные с использованием машин. механизмов и средств транспорта, работа которых сопровождается колебанием вследствие динамической неуравновешенности.
Интенсивные вибрации возникают на фундаментах машин, создаются компрессорами, испытательными стендами при диагностировании узлов подвижного состава, вентиляторами, насосами, генераторами и др. Эти вибрации передаются конструкциями через фундаменты и пол.
Интенсивные вибрации возникают при работе ручного механизированного инструмента, а также в подвижном составе ж.д.
Основными параметрами, характеризующими вибрацию, являются частота колебаний- f, амплитуда смещения Х, колебательная скорость V, колебательное ускорение – a и спектр частот вибраций.
На рис.6.1. представлены графики колебаний с различными частотами и амплитудами смещения вибрации
Рис.6.1.
Рекомендуемые материалы
Колебания чаще всего вызываются периодическими силами. возникающими вследствие толчков, неуравновешенности вращающихся масс и т.п. Такие колебания называют вынужденными, а энергия этих колебаний поддерживается возмущающими силами. Диапазон частот вибраций- от долей Герца до 5-10 кГц.
Амплитуда смещения Х гармонического колебательного движения – наибольшее отклонение от положения равновесия (величины А1 и А2 на рис.6.1.). Единицы измерения амплитуды смещения - микрон (мк), мм.
Колебательная скорость определяется по формуле :
; 
,
где 
- круговая частота (число полных колебаний за время, равное 2 
сек)
Колебательное ускорение определятся по формуле:
; 
По аналогии с шумом величина вибрации может быть оценена в децибелах (дБ). Эти логарифмические величины называют уровнями и обозначают буквой L.
Уровень колебательной скорости:
, дБ
Уровень колебательного ускорения
где V, a -колебательная скорость
V0, 
- пороговые значения колебательной скорости и ускорения.
За пороговые значения приняты: колебательная скорость V0=5*10-8 м/с, соответствующая смещению х0=8*10-12 м и колебательное ускорение = 3*10-4 см/с2 . Эти значения соответствуют порогу звукового давления 2*10-5 н/м2 [Па].
В практике охраны труда вибрации как и шум, измеряют и нормируют в октавных полосах частот.
Октавные полосы стандартизированы международным соглашением. Среднегеометрические частоты октавных полос образуют следующий ряд: 1; 2; 4; 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000; 16000 Гц.
При измерениях определяют уровни в тех или иных полосах частот. Пределы измерений по частоте устанавливают, исходя из гигиенических норм или условий технической задачи.
Измерительная аппаратура для определения нормируемых характеристик должна регистрировать уровни виброскорости и вибросмещения в диапазонах частот, установленных нормами.
Вибрацию измеряют приборами, которые называют измерителями вибрации, иногда виброметрами.
В комплект виброизмерительной аппаратуры входят: датчик вибраций с устройством крепления его к объекту вибраций, приборы для измерения среднеквадратичных значений виброскорости и вибросмещения и частотный фильтр или анализатор с набором октавных полосовых фильтров.
Таганрогский завод - выпускает универсальный прибор ВШВ для измерения шума и вибраций.
6.2. Действие вибраций
По характеру воздействия на человека различают общую и местную вибрации. Общей вибрации работающие подвергаются, находясь непосредственно на вибрирующем объекте. Местной вибрации подвержены работающие с ручным механизированным инструментом. Местная вибрация воздействует при контакте рук работающих с вибрирующими элементами установок. Часть работающих подвергается одновременному воздействию как общей, так и местной вибрации. Наибольшее влияние на организм оказывает общая вибрация. Чем больше время воздействия вибраций, тем более значительные физиологические сдвиги происходят в организме.
Человек ощущает вибрации с частотой колебаний от долей Герца до 5—8 кГц. Вибрации по частоте могут быть разделены на три области: низкочастотную (до 30 Гц), среднечастотную (30—100 Гц) и высокочастотную (выше 100 Гц). Низкочастотные колебания (толчки) в зависимости от частоты, амплитуды и длительности воздействия могут вызывать укачивание. Вибрации с сильной отдачей приводят к костно-суставным изменениям в кистевых, локтевых и плечевых суставах. Среднечастотные вибрации, могут приводить к костно-суставным изменениям, вибрационной болезни и спазмам сосудов. Высокочастотные вибрации вызывают вибрационную болезнь и спазмы сосудов. Наиболее вредное воздействие на организм оказывают вибрации, частота которых совпадает с собственными частотами колебания отдельных частей тела человека. Для всего тела человека резонанс на частоте 6 Гц, для внутренних органов — 8 Гц, для головы — 25 Гц, для центральной нервной системы— 250 Гц.
Воздействие вибраций на человека в основном определяется величиной колебательной скорости или. ускорения. Для частот до 10 Гц характер воздействия колебаний на человека определяется ускорением рабочего места, а для частот выше 10 Гц—скоростью колебаний. Характер воздействия вибраций на человека может быть оценен шестью зонами рис.6.2.
Рис. 6.2.
При увеличении частоты вибраций чувствительность человека к ней резко возрастает. Чем больше время воздействия вибрации, тем выше опасность развития вибрационной болезни. Вибрационная болезнь имеет три стадии, причем только на первой и второй стадиях она излечима. В связи с этим необходимо своевременно выявлять начало вибрационной болезни и переводить работников с ее признаками на работу, не связанную с воздействием вибраций.
ГОСТ 12.1.012-78 устанавливает нормы как локальных , так и общих вибраций. Нормируемой величиной является уровень виброскорости в октавных полосах частот.
В табл.6.1. приведены некоторые допустимые уровни виброскорости для местных и общих вибраций.
Таблица 6.1.
На локомотивах вибрации нормируют по (ГОСТ 12.2.056-81)
6.3. Методы снижения вибраций.
Виброизоляцию рабочего места от источника возникновения вибраций подразделяют на активную и пассивную. Активная виброизоляция предусматривает снижение величины возмущающей силы, колебательной скорости в источнике их возникновения. Это достигают уравновешиванием вращающихся масс путем статической или динамической балансировки, повышением точности и обработки деталей, уменьшением зазоров и люфтов, применением вместо подшипников скольжения подшипников качения и др.
Пассивная виброизоляция не снижает колебаний в источнике их возникновения, а только защищает от колебаний работников за счет использования амортизаторов, виброизоляционных площадок, применения средств индивидуальной защиты ( виброизолирующих рукавиц, обуви) и др.
В качестве примера рассмотрим устройство виброизоляции насосной установки ( рис.6.2.) Насосный агрегат 4 монтируют на плите 3. В свою очередь плиту укладывают на виброизоляторы (амортизаторы) 2. Целиком насосный агрегат устанавливают на фундамент 1. Для амортизаторов используют упругие материалы, характеристики которых приведены в таблице 6.2.
Таблица 6.2.
Расчет виброизоляции заключается в выборе типа, количества и размеров изолирующих элементов.
Рис. 6.2. Устройство виброизоляции насосной установки.
Существуют различные типы амортизаторов: стальные пружины, листовые рессоры, упругие материалы (резина, войлок и др), амортизаторы гидравлические, пневматические и комбинированные . Амортизаторы из упругих материалов хорошо гасят высокочастотные вибрации. Пружинные амортизаторы применяют для ослабления вибраций низких частот. Гидравлические и пневматические амортизаторы также эффективны.
Приближенный расчет амортизаторов выполняют обычно для вертикальных колебаний. Задача состоит в том, чтобы частота собственных колебаний f0 амортизирующего объекта была ниже частоты возмущающей силы. Обычно это соотношение должно быть 
и его принимают в пределах 2,5….5. При расчетах задаются толщиной прокладки – h, см. и определяют XCT и f0 .
Частота собственных колебаний системы приближенно может быть рассчитана по формуле:
где ХСТ- статическая осадка амортизаторов под действием веса установки, см; ХСТ определяют из выражения: ХСТ= 
где h – толщина прокладки, см;
σ – допустимое напряжение в прокладке, кг/см2;
- - динамический модуль упругости материала, кг/см2;
Площадь S поверхности всех амортизаторов под установку весом P+Q (агрегат с плитой) находят из соотношения:
, см2.
Размеры отдельных прокладок определяют из условия равномерного распределения веса на все прокладки.
Обратите внимание на лекцию "2.6. Синтез синхронных автоматов".
При выборе плиты ее вес принимают в 3-5 раз больше веса агрегата.
Эффект, достигаемый применением виброизоляторов определяют коэффициентом виброизоляции К, показывающим какая часть динамических сил передается фундаменту.
Коэффициент виброизоляции определяют по формуле:
, %
где n- число колебаний в минуту.
