4784 (Захист від виробничих вібрацій)

Захист від виробничих вібрацій

Зміст

1. Фізична характеристика і класифікація вібрацій

2. Класифікація вібрацій

3. Характеристика вібрацій

4. Дія вібрації на організм людини

5. Санітарно-гігієнічне нормування вібрацій

6. Загальні методи зниження вібрацій

7. Види віброізоляторів

8. Вимірювання вібрації і вібровимірювальна апаратура

1. Фізична характеристика і класифікація вібрацій

Захист від виробничих вібрацій в даний час дуже актуальний. Це підтверджується тим, що:

1 Підвищується швидкохідність і одинична потужність машин, в той же час знижується їх металоємність. Таким чином, два прогресивні напрями машинобудування вступають в суперечність. Результат суперечності - виникнення вібрацій.

2 Іноді вібрація - це принцип роботи технологічного устаткування (різні вібробункери, віброгрохоти, віброкиплячий шар, ущільнення бетону і т.п.).

У цьому питанні необхідно знаходити оптимальне співвідношення між "корисністю" машин і її негативними сторонами. За числом своїх жертв віброхвороба займає тверде друге місце після легеневих хвороб (в розвинених індустріальних країнах).

Все це призводить до великих економічних втрат, а також небажаних соціальних результатів (плинність кадрів, низька трудова дисципліна).

В

ідповідно до наявності у найпростіших одномасових систем 1 ступенів свободи вібрація в загальному випадку реалізується в 1 формах (рис.1.1).

Рисунок 1 - Форми реалізації вібрацій

Вібрація - це рух точки або механічної системи, при якому відбувається почергове зростання або зменшення за часом значень, принаймні, однієї координати.

Причинами вібрації можуть бути:

1) неврівноважені силові дії (зубчасті зачеплення, кривошипно-шатунний механізм в двигунах і компресорах);

2) неврівноважені елементи, які обертаються: нерівномірний розподіл продукту в млинах, центрифугах, сепараторах, що обертаються. Не симетричний знос викликає биття. Дисбаланс через дефекти литва, не симетричний розподіл маси та ін.;

3) вітровий резонанс (на цю причину до 50-х років минулого сторіччя не звертали уваги).

У місті Волгограді є пам'ятник на Мамаєвому кургані - висота 52 метри і ще 28 метрів меч. Стали помічати, що пам'ятник, особливо у вітряну погоду, дзвенить. Верхолази після обстеження помітили, що меч у основи дає тріщину, а амплітуда коливання верхівки меча складає 0,5 метрів. Дослідження показали, що при обтіканні меча повітряними потоками рівномірний ламінарний рух порушувався, завихрення, що зриваються з гострих кромок, спричинюють меч до коливань, частота яких збігалася з власною частотою коливання меча. Виникав резонанс і всі вищезазначені наслідки. За рекомендаціями вчених меч замінили. Новий меч має закруглені кромки і наскрізні отвори для проходження повітря. Ці заходи ліквідовували явище вітрового резонансу.

2. Класифікація вібрацій

1. За способом передачі на людину вібрація поділяється на:

Загальну - що передається через опорні поверхні на тіло людини, яка сидить або стоїть.

Локальну - що передається через руки людини.

2. За напрямом дії вібрації поділяються:

а) такі, що діють вздовж осей системи координат Х, У, Z для загальної вібрації, де Z вертикальна вісь;

б) такі, що діють вздовж осей системи координат Хр, Ур, Zр - для локальної вібрації, де вісь Хр - збігається з віссю місць обхвату робочого інструменту, вісь Zр - лежить в площині, створеною віссю Хр і напрямом подачі або прикладання сили.

3. Загальна вібрація за джерелом її виникнення поділяється на:

транспортну вібрацію (під час руху машин по місцевості);

транспортно-технологічну (при роботі машин, що виконують технологічну операцію в стаціонарному режимі);

технологічну - при роботі стаціонарних машин, або передається на робочі місця, що не мають джерел вібрації.

3. Характеристика вібрацій

Умовно всі найскладніші вібрації або коливання можна подати як суму простих. Найпростішими з коливань є гармонійні коливання, що здійснюються за синусоїдальним законом. Основними параметрами вібрації, що здійснюються за синусоїдальним законом, є:

1. Амплітуда вібропереміщення - Х_m.

2. Амплітуда коливальної швидкості - V_m.

3. Амплітуда коливального прискорення - A_m.

4. Період коливань - Т.

5. Частота - f, пов'язана з періодом співвідношенням f=1/T.

Вібропереміщення у разі синусоїдальних коливань визначається за формулою

Х = Х_m·sin (ωt + φ), (1.1)

де ω - кутова швидкість, ω = 2ωf;

φ - початкова фаза вібропереміщення.

У більшості випадків початкова фаза у завданнях охорони праці значення не має і може не враховуватися.

Через специфічні властивості органів чуття людини визначальними є не амплітудні, а діючі значення параметрів, що характеризують вібрацію.

Так, діюче значення віброшвидкості є середньоквадратичне миттєвих значень швидкості V (t) за час усереднювання T_y.

Математично це виглядає так:

. (1.2)

Враховуючи, що абсолютне значення даних параметрів вібрації змінюються в дуже широкому діапазоні (до 11 порядків) у практиці віброакустичних досліджень (як і при дослідженні шумів), використовуються логарифмічні рівні відповідних параметрів.

Рівень будь-якого параметра вібрації також позначається L з відповідним індексом. Наприклад:

рівень віброшвидкості, дБ:

, (1.3)

де V - фактичне значення параметра віброшвидкості;

V_гр - граничне значення параметра швидкості.

Міжнародною угодою прийнято V_гр = 2·10^-8 м/с.

У віброакустиці вібрації досліджують в октавах з такими середньогеометричними частотами, Гц: 1, 2, 4, 8, 11, 31, 5, 13,125,..., 2000. Частоти, більше 31,5 Гц, враховують і звукові коливання.

Частоти до 13 Гц найбільш небезпечні, оскільки вони збігаються з власною частотою коливань різних органів людини.

4. Дія вібрації на організм людини

Дія вібрації на організм людини залежить від величини коливальної енергії, яка поглинута тілом людини:

Q = S·T·I, (1.4)

де Q - енергія, яка поглинута тілом людини, Дж;

S - площа контакту з вібруючою поверхнею, м^2;

T - тривалість дії, с;

I - інтенсивність подразника. Вона прямо пропорційна коливальній швидкості і модулю повного механічного імпедансу, який розглядатиметься нижче.

Фізіологічно коливальна швидкість, що дорівнює 10^-4 м/с, уловлюється людиною як поріг сприйняття. При швидкості 1 м/с виникає вже больове відчуття.

Як згадувалось при класифікації вібрації, за дією на організм людини розрізняють загальну і локальну (місцеву) вібрації.

Загальна вібрація викликає струс всього організму.

Місцева залучає до коливального руху окремі частини тіла.

Локальним (місцевим) вібраціям піддаються робітники, які працюють з різними видами ручного механізованого інструменту (при зачищенні зварних швів, обрубуванні литва, клепанні і т.п.).

Дія загальних вібрацій на організм людини відбувається по-різному і залежить від частоти.

Загальні вібрації з частотою до 0,7 Гц (колихання), хоча і неприємні, але не призводять до захворювання. У цьому випадку тіло людини і його окремі внутрішні органи рухаються як єдине ціле, не зазнаючи взаємних переміщень. Наслідком такої вібрації є т. зв. “морська” хвороба, яка виникає через порушення нормальної діяльності вестибулярного апарату людини.

Різні внутрішні органи і окремі частини тіла (наприклад, голову і серце) умовно можна розглядати, як коливальні системи з певною зосередженою масою. Як сполучні пружини тут є м'язи, кістки і сполучні тканини. Така система має ряд резонансів, частоти яких залежать також від положення тіла працівника ("стоячи" або "сидячи").

Резонанс на частотах 4-1 Гц відповідає коливанням плечового пояса та стегон; на частотах 25-30 Гц - голови відносно плечей (положення "сидячи").

Для більшості внутрішніх органів власні частоти коливань лежать в діапазоні 1-9 Гц.

Коливання робочих місць із зазначеними резонансними частотами дуже небезпечні, оскільки можуть викликати навіть механічні пошкодження і розрив цих органів. Систематична дія загальних вібрацій в резонансній або біля резонансній частоті може стати причиною виникнення професійного захворювання - вібраційної хвороби. Вона призводить до переродження біологічних тканин:

1) атрофії м'язів;

2) втрати пружності кровоносних судин (стають крихкими, внаслідок чого порушується кровопостачання);

3) втрати рухливості сухожиль (деформація хребта);

4) втрати чутливості нервових закінчень, підвищеної ламкості волосся, нігтів.

Локальна вібрація - діє на організм людини дещо по-іншому:

1) спазми судин, які починаються з кінцевих фаланг пальців, поширюються на всю долоню, передпліччя і охоплюють судини серця;

2) відбувається погіршення постачання кінцівок кров'ю.

Одночасно спостерігається дія на нервові закінчення, м'язові і кісткові тканини. Ця дія виражається в таких проявах:

3) в порушенні чутливості шкіри;

4) в окостенінні сухожиль та м'язів;

5) в болях і відкладеннях солей в суглобах рук.

Зрештою відбувається деформація і зменшення рухливості суглобів.

5. Санітарно-гігієнічне нормування вібрацій

У ГОСТі 12.1 012-90 нормуються вібрації окремо для кожної октавної смуги і для кожного встановленого напряму і виду вібрації. Нормуються як фактичні параметри віброшвидкості і віброприскорення відповідно, м/с і м/с², так і їх рівні, дБ.

Найбільш наочно нормування вібрацій можна подати графічно (рис.1.1).

1а - транспортна вертикальна вібрація;

1б - транспортна горизонтальна вібрація;

2 - транспортно-технологічна вібрація (вертикальна і горизонтальна);

3а - технологічна вібрація (вертикальна і горизонтальна) у виробничих приміщеннях з джерелами вібрації;

3б - теж саме у виробничих приміщеннях без джерел вібрації;

3в - теж саме у приміщеннях для розумової праці та адміністративно управлінських приміщеннях;

4 - локальна вібрація.

Рисунок 1.1 - Гігієнічне нормування вібрації

При перекладі на коливальну швидкість характерних рівнів це відповідає:

132 дБ-20*10^-2 м/с

108 дБ-1,3*10^-2 м/с.

6. Загальні методи зниження вібрацій

Основними напрямами вирішення проблеми віброзахисту є автоматизація виробництва і впровадження робототехніки.

У тих випадках, коли це зробити не можливо, застосовують спеціальні методи, більшість з яких заснована на вирішенні диференційних рівнянь руху коливальних систем.

Ці рівняння дуже складні.

З точки зору охорони праці найбільший інтерес становлять вібрації поблизу резонансу. В цьому випадку завдання спрощується, оскільки машини і агрегати можна розглядати як коливальні системи з одним степенем вільності. Розглянемо систему у вигляді зосередженої маси (m), що лежить на пружині, інший кінець пружини жорстко закріплений. Система, крім того, володіє тертям μ (рис 1.2).

У цій системі елементи пружності, маси і тертя відокремлені один від одного. Такі системи називаються системами із зосередженими параметрами. Для простоти аналізу вважатимемо, що на систему діє змінна збуджуюча сила, що змінюється за синусоїдальним законом:

F = F_m·sin t. (1.5)

Рівняння коливального руху тіла m у цьому випадку має вигляд

mx ^// + μx^/ + gx = Fm·sin t, (1.1)

де m - маса системи, кг;

g - жорсткість пружини, яка чисельно дорівнює силі, яку необхідно прикласти до пружини, щоб викликати її одиничну деформацію, Н/м;

Рисунок 1.2 - Коливальна система з зосередженими параметрами.

х - потокове значення коливального зсуву пружини, м;

x^/ = dx/dt - потокове значення коливальної швидкості, м/с;

x ^// = dv/dt - потокове значення коливального прискорення м/с;

μ - стала, яка називається коефіцієнтом в'язкого опору, Нc/м;