Вибрация. Параметры, характеризующие вибрацию

Вибрация — это механические колебания в упругих телах или телах, находящихся под воздействием переменных физических полей с относительно небольшой амплитудой.

В зависимости от параметров (частота, амплитуда) вибрация может как положительно, так и отрицательно влиять на отдельные ткани и организм в целом. Вибрацию используют при лечении некоторых заболеваний, но чаще всего вибрацию (производственную) считают вредно влияющим фактором. Поэтому важно знать граничные характеристики, разделяющие позитивное и негативное влияние вибрации на человека (рис. 19.3). Впервые на полезное значение вибрации обратил внимание французский ученый аббат Сен Пьер, который в 1734г. сконструировал вибрирующее кресло для домоседов, повышающее мышечный тонус и улучшающее циркуляцию крови. В начале XX в. в России профессор Военно-медицинской академии А. Е. Щербак доказал, что умеренная вибрация улучшает питание тканей и ускоряет заживление ран.

Рис. 19.3. Влияние вибрации на организм человека

Производственная вибрация, характеризующаяся значительной амплитудой и продолжительностью действия, вызывает у работающих раздражительность, бессонницу, головную боль, ноющие боли в руках людей, имеющих дело с вибрирующим инструментом. При длительном воздействии вибрации перестраивается костная ткань: на рентгенограммах можно заметить полосы, похожие на следы перелома — участки наибольшего напряжения, где размягчается костная ткань. Возрастает проницаемость мелких кровеносных сосудов, нарушается нервная регуляция, изменяется чувствительность кожи. При работе с ручным механизированным инструментом может возникнуть акроасфиксия (симптом мертвых пальцев) — потеря чувствительности, побеление пальцев, кистей рук. При воздействии общей вибрации более выражены изменения со стороны центральной нервной системы: появляются головокружения, шум в ушах, ухудшение памяти, нарушение координации движений, вестибулярные расстройства, похудение.

Основные параметры вибрации: частота и амплитуда колебаний. Колеблющаяся с определенной частотой и амплитудой точка движется с непрерывно меняющимися скоростью и ускорением: они максимальны в момент ее прохождения через исходное положение покоя и снижаются до нуля в крайних позициях. Поэтому колебательное движение характеризуется также скоростью и ускорением, представляющими собой производные от амплитуды и частоты. Причем органы чувств человека воспринимают не мгновенное значение параметров вибрации, а действующее.

Действующее значение колебательной скорости, м/с, определяют как среднее квадратичное мгновенных значений скорости v(t) за время усреднения T, т. е.

Вибрацию часто измеряют приборами, шкалы которых отградуированы не в абсолютных значениях скорости и ускорения, а в относительных—децибелах. Поэтому характеристиками вибрации служат также уровень колебательной скорости Lv, дБ, и уровень колебательного ускорения La, дБ, определяемые по формулам:

Lv = 20 lg(v/v0);
La = 20 lg(a/a0),

где v — среднее квадратичное значение колебательной скорости, м/с; V0 — пороговое значение колебательной скорости, равное 5*10-8м/с; a —среднее квадратичное значение колебательного ускорения, м/с2; а0 — пороговое значение колебательного ускорения, равное 3*10-4м/с2.

Рассматривая человека как сложную динамическую структуру с изменяющимися во времени параметрами, можно выделить частоты, вызывающие резкий рост амплитуд колебаний как всего тела в целом, так и отдельных его органов. При вибрации ниже 2 Гц, действующей на человека вдоль позвоночника, тело движется как единое целое. Резонансные частоты мало зависят от индивидуальных особенностей людей, так как основной подсистемой, реагирующей на колебания, являются органы брюшной полости, вибрирующие в одной фазе. Резонанс внутренних органов наступает при частоте З...3,5 Гц, а при 4...8 Гц они смещаются.

Если вибрация действует в горизонтальной плоскости по оси, перпендикулярной позвоночнику, то резонансная частота тела (около 1,5 Гц) обусловлена сгибанием позвоночника и жесткостью тазобедренных суставов. Область резонанса для головы сидящего человека соответствует 20...30 Гц. В этом диапазоне амплитуда виброускорения головы может втрое превышать амплитуду колебаний плеч. Качество зрительного восприятия предметов значительно ухудшается при частоте вибрации 60...90 Гц, что соответствует резонансу глазных яблок. Исследователи Японии установили, что характер профессии определяет некоторые особенности действия вибрации. Например, у шоферов грузовых машин широко распространены желудочные заболевания, у водителей трелевочных тракторов на лесозаготовках—радикулиты, у пилотов, особенно работающих на вертолетах, наблюдается снижение остроты зрения. Нарушения нервной и сердечно-сосудистой деятельности у летчиков возникают в 4 раза чаще, чем у представителей других профессий.

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

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

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

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

Основными параметрами, характеризующими вибрацию, являются: амплитуда (наибольшее отклонение от положение равновесия) А, м; частота колебаний f, Гц (число колебаний в секунду); колебательная скорость V, м/с; ускорение колебаний W, м/с2; период колебаний Т, 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 транспортировании жидкостей и газов по трубопроводам, при технологических процессах укладки бетона с применением вибрационных агрегатов.

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

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

Вибрация – ритмичные колебания твердых тел разной частоты и силы, при которых происходит поочередное увеличение или уменьшение во времени характеризующих ее величин.

Вибрация характеризуется амплитудой колебаний, виброскоростью в м/с, виброускорением в м/с2.

Различают вибрацию:

Транспортную, действующую на операторов подвижных машин и средств передвижения по дорогам, местности;

Транспортно-технологическую, действующую на операторов машин с ограниченным перемещением в цеха, горных выработках и т.п.;

Технологическую, действующую на операторов стационарных машин и на других рабочих через пол, которая в свою очередь делится на вибрацию:

а) на постоянных рабочих местах производственных помещений;

б) на рабочих местах складов, столовых, бытовых и других помещений, где нет источников вибрации;

в) на рабочих местах заводоуправлений, медпунктов …. и других помещений для работников умственного труда.

По механизму действия на организм различают:

Общую вибрацию рабочего места (пола, сидения), которая бывает вертикальной ("вниз") и горизонтальной ("переднезадняя", "боковая");

Локальную вибрацию механизмов управления (рычагов, рукояток инструментов), действующую на руки и ноги, а часто и на грудь при необходимости нажима на руки с инструментом.

Вертикальная вибрация действует вдоль оси тела, которая обозначается буквой Z, а горизонтальная, переднезадняя и боковая - буквами X и У.

Локальная вибрация обозначается буквами Хл, которая совпадает с осью, проходящей через место охвата рукой руля, инструмента, а оси Zл, Ул - в направлении прикладывания силы руки.

По частотному составу вибрацию разделяют на низкочастотную (в пределах октав 2, 4, 8, 16 Гц), среднечастотную (8, 16, 31,5, 63 Гц) и высокочастотную (31,5, 63, 125,250, 500, 1000 Гц).

Измерение вибрации проводят в трех взаимоперпендикулярних направлениях (по трем осям) с помощью того же прибора ИШВ-003 (рис. 33.4) согласно инструкции - приложение 7.

Гигиеничная оценка локальной вибрации дается в октавных полосах средне-геометрических частот 8, 16, 31,5, 63, 125, 250, 500 и 1000 Гц, а общей вибрации - в октавных полосах с частотами 1, 2, 4, 8, 16, 31,5, 63 Гц или в трехоктавных полосах от 0,8-80 Гц. (табл. 3).

Таблица 3 Предельно допустимые уровни вибрации (Извлечение из СанПиН 2.2.4/2.1.8.566-96) 1. Нормы локальной вибрации

Нормы общей вибрации

Примечание: Нормы установлены для продолжительности рабочей смены 8 часов.

Таблица 4 Нормативные уровни вибрации в жилых помещениях

(Извлечение из СанПиН 2.2.4/2.1.8.566-96)

Продолжительное действие вибрации на организм приводит к развитию вибрационной болезни, основными проявлениями которой являются спазмы сосудов концов пальцев рук (при локальной вибрации) или ног (при общей вибрации), снижение их температуры, ощущение онемения, потеря тактильной и температурной чувствительности. Спазмы сосудов сопровождаются сильными болями. В дальнейшем развиваются атрофия мышц, контрактуры, деформации пальцев и прочее.

Экспериментальная часть

3.1. Задание по работе:

3.1. Определите в дБ уровень звукового давления Р=2∙102 н/м2.

3.2. Звуковое давление в цехе № 1 Р=2∙102 н/м2, в цехе № 2 Р=2∙10-2 н/м2. На сколько дБ уровень шума в цехе №1 больший, чем в цехе №2?

3.3. Во сколько раз шум в помещении, ориентированного окнами к проезжей части улицы (60 дБ), больше чем шум той же частоты в помещении с окнами, ориентированными во двор (40 дБ)?

3.4. Рассчитайте общий уровень шума в цехе, где работают 3 станка, которые создают соответственно уровни звукового давления 90, 80 и 75 дБ?

3.5. Уровень шума на расстоянии 1 м. от работающей центрифуги составляет 75 дБА. Какой уровень шума будет на расстоянии 10 м. от работающей центрифуги?

3.6. Во сколько раз будет превышать силу звука один из двух работающих станков, если разность интенсивностей их шума равняется 20 дБ?

3.7. В генераторном цехе электростанции на постоянных рабочих местах проведены замеры параметров общей технологической вибрации. Результаты замеров:

Составьте спектрограмму. Дайте гигиеническую оценку полученным результатам. При решении задач воспользуйтесь приложениями

3.2. Приборы и оборудование:

1. Шумовая камера.

2. Динамики.

3. Шумомер типа «ШУМ-1-М».

4. Измеритель шума и вибрации ВШВ-003.

Вопросы для самоподготовки

41. Звук, шум. Определение понятий.

4.2. Физические характеристики шума, единицы его измерения.

4.3. Интенсивность звука, определение понятия громкости.

4.4. Диапазон частот звука, которые воспринимаются органом слуха человека.

4.5. Классификации шума.

4.6. Действие шума на орган слуха. Специфическое и неспецифичное действие шума. Шумовая болезнь. Понятие звукового комфорта, мероприятия по борьбе с шумом.

4.7. Определение вибрации. Классификация вибраций.

4.8. Физические характеристики вибрации. Виброскорость и виброускорение. Единицы измерения параметров вибраций, их спектральный состав. Сотрясения. Прямолинейные и угловые ускорения и перегрузки.

4.9. Биологическое действие вибрации, основные симптомы вибрационной болезни.

4.10. Приборы для измерения уровней и спектрального состава шума и вибрации, порядок работы с ними.

4.11. Мероприятия по снижению неблагоприятного действия шума и вибрации на организм человека. Основы и принципы гигиенического нормирования шума и вибрации

Литература

1. СанПиН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки».

2. СанПиН 2.2.4/2.1.8.566-96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий»

3. Р 2.2.2006-05. «Гигиенические критерии оценки и классификации условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса», утв. Главным госуд. Сан. Врачом России 29.07.2005 г.

4. ГОСТ 12.1.003-83 Шум. Общие требования безопасности.

5. Безопасность жизнедеятельности. Учебник для вузов/С.В. Белов, А.В. Ильницкая, А.Ф. Козьяков и другие. Под общ. Ред. С.В. Белова. - М: Высшая школа, 2000.

6. Пчелинцев В.А., Коптев Д.Е., Орлов Г.Г. Охрана труда в строительстве: Учебник для вузов. – М.: Высшая школа. 1991, - 272 с.

7. Русак О.Н. Безопасность жизнедеятельности. Учебное пособие. С-П. 2000.

Приложение 1

УЧЕБНАЯ ИНСТРУКЦИЯ

Похожая информация.

Вибрация – движение точек или механической системы, при котором происходит поочередное возрастание и убывание во времени значений по крайней мере одной координаты.

Причины вибрации: возникновение при работе машин агрегатов не уравновешенные силовые воздействия – их источниками м. быть возвратно-поступательные движения системы, неуравновешенные вращающиеся массы, удары деталей.

Наличие дисбаланса приводит к появлению неуравновешенных сил, вызывающих вибрацию. Причиной дисбаланса м. явиться неоднородность материала вращающегося тела, несовпадение центра массы тела с осью его вращения, деформация деталей от неравномерного нагреве и т. п.

Основными параметрами, характеризующими вибрацию, являются:

1.амплитудное значение смещения Х М;

2.амплитудное значение виброскорости V M ;

3.амплитудное значение виброускорения а М;

4.период колебаний Т;

5.частота f.

Ввиду специфичности органов чувств определяющими при воздействии вибраций на человека являются средние квадратичные значения

Уровень виброскорости (дБ): L V = 10lg(V 2 /V 0 2) = 20lg(V/V 0)

V 0 = 5*10 -8 м/с – пороговое значение виброскоростивиброскоростиV, обусловленные действием мгновенных значени виброскоростиV(τ) и определяемые за время усредненияT y по формуле

Уроыень виброскорости(дБ): L v =10lg(v/v 0)

Уровень вибросмещения: L Х = 20lg(Х/Х 0)

Х 0 = 8*10 -12 м – пороговое значение вибросмещения

Уровень виброускорения: L а = 20lg(а/а 0)

а 0 = 3*10 -4 м/с 2 – пороговое значение виброускорения

В практике виброакустики весь частотный диапазон вибрации разбивают на октавные диапазоны. В каждом октавном диапазоне верхняя граничная частота вдвое больше нижней: f В /f H = 2. Средняя геометрическая частота:
.

Средние геометрические частоты октавных полос одинаковы и равны: 1Гц; 2Гц; 4Гц; 8Гц; 16Гц; 31,5Гц; 63Гц; 125Гц; 250Гц; 500Гц; 1000Гц; 2000Гц.

Параметры вибрации зависят от частоты колебаний, эта зависимость носит сложный характер. Для ее описания используют спектры вибраций, которые прелставляют в виде графической зависимости уровня виброскорости L v от средней геометрической частоты вибраций
.

Спектр периодического и квазипериодического процесса является дискретным, а случайного или кратковременного одиночного проыесса – непрерывным. 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.

Для повышения точности представления спектра вибраций измерение уровня виброскорости надо проводить в третьоктавных полосах частот, для которых справедливо

=.

Снидение уровня вибраций определяют, как ΔLv=L v 1 -L v 2 ,гдеL v 1,2 – уровни вибраций до и после проведения мероприятий по их уменьшению.

Измерение вибраций производят в соответствии с ГОСТ.

39.Воздействие вибрации на организм человека. Ее нормирование

По характеру воздействия: общие илокальные .

Общие – низкочастотные (0,7 - 30) Гц. Приложены к опорным поверхностям человека в положении стоя или сидя, когда вибрация вызывает сотрясение всего организма. Наиболее опасные для человека – 6-9 Гц, вследствие того, что они совпадают с собственной абсолютной частотой колебаний внутренних органов человека (резонанс). Они могут вызвать механические повреждения и разрыв органов человека. При систематическом воздействии на человека общей вибрации сfболее 1Гц могут возникнуть стойкие нарушения опорно-двигательного аппарата, нарушение ЦНС, системы пищеварения и т.д. Они проявляются в виде головных болей, головокружения, плохого сна, пониженной работоспособности, нарушения сердечной деятельности, появления радикулита.

Локальные – свыше 30-1000 Гц. Воздействуют на отдельные части тела (руки, ноги, голова). Подвергаются лица, работающие с ручным механизированным инструментом. Вызывает спазмы сосудов (онемение рук, ног) начиная с пальцев, распространяясь на всю кисть, предплечье и охватывает сосуды сердца - нарушая снабжение кровью. Воздействует на мышечные, костные, нервные ткани, что приводит к снижению чувствительности кожи, окостенение сухожилий мышц, отложение солей в суставах пальцев и кистей. Наиболее отрицательные влияния протекают под воздействием вибрации при работе при пониженной температуре.

Комплекс болезненных изменений в организме, вызываемых воздействие вибрации, называют вибрационной болезнью . Это заболевание эффективно лечится только на ранней стадии. Тяжелые формы виброболезни приводят в инвалидности.

Взаимодействие организма человека с изменяющимися условиями внешней среды всегда приводит к перестройке его энергетического и материального баланса, сопровождающейся трансформацией внутренней энергии в организме и изменением происходящих в нем обменных процессов, формирующих, в конечном счете ответную реакцию всего организма на действие внешнего раздражителя.

Вибрация, являясь физически воздействующим фактором, приводит частицы тела в колебательное движение, вызывая изменение их состояния в виде смещения центра тяжести, деформации и возникновения в них внутренних напряжений, что сопровождается затратой механической энергии, получаемой от источника колебаний в зоне контакта тела с вибрирующими поверхностями.

Количество получаемой энергии определяется длительностью воздействия вибраций и величиной мгновенной мощности воздействующего колебательного процесса или же площадью контакта и интенсивностью вибраций, поскольку интенсивность колебательного процесса численно равна его мощности, отнесенной к единице площади, перпендикулярной направлению распространения колебаний.

В условиях разных частот и амплитуд колебаний изменение порогов восприятия при действии вибраций происходит по закону пропорциональности воздействующей колебательной энергии. Это значит, что адекватным физическим критерием для гигиенической оценки вибрации при прочих равных условиях является колебательная скорость, а не смещение или ускорение.

Различа.т гигиеническое и техническое нормирование производственных вибраций.

В 1 случае производят ограничение параметров вибрации рабочих мест и поверхности контакта с руками работающих, исходя из физиологических требований, исключающих возникновение вибрационной болезни.

Во 2 случае осуществляют ограничения параметров вибрации с учетом не только указанных требований, но и технически достижимого на сегодняшний день для данного вида машин уровня вибрации.

Нормирован величиной, как для локальной, так и для общей вибрации по ГОСТ является уровень виброскорости в октавных полосах частот.

Теннологическая - 108 99 93 92 92 92 - - - -

Гигиенические нормы вибрации установлены для длительности рабочей смены 8ч.

Общая вибрация нормируется с учетом свойств источника ее возникновения и делится на вибрации:

Транспортную, которая возникает в результате движения машин по местности и дорогам(в том числе при строительстве)

Транспортно-технологическую, которая возникает при движении подъемных кранов, экскаваторов

Технологическую, которая возникает при работе стационарных машин, установок, вентиляторов, компрессорных и насосных установок или передается на рабочие места, не имеющие источников вибраций.

Для общей и локальной вибрации зависимость допустимого значения виброскорости от времени фактического воздействия вибрации, не превышающего 480 мин, определяется по формуле v r =v 480 .

При регулярных перерывах воздействия локальных вибраций в течение рабочей смены допустимые значения уровня виброскорости следует увеличивать на значения, приведенные ниже.

Причиной возникновения вибраций являются возникающие при работе машин и агрегатов неуравновешенные силовые воздействия. В одних случаях их источниками являются возвратно-поступательно движущиеся детали (кривошипно-шатунный механизм в двигателях и компрессорах, боек в ручных перфораторах, вибрационные механизмы для уплотнения бетонных и асфальто-бетонных смесей, вибротрамбовки, агрегаты виброформования в литейных цехах, агрегаты для проковки сварных соединений и т. п.); в других случаях неуравновешенные вращающиеся массы (ручные электрические и пневматические шлифовальные машины, режущий инструмент станков и т. п.). Иногда вибрации создаются ударами деталей (зубчатые зацепления коробки передач, подшипниковые узлы, соединительные муфты и т. п.).

Наличие дисбаланса во всех случаях приводит к появлению неуравновешенных центробежных сил, вызывающих вибрацию. Причиной дисбаланса может явиться неоднородность материала вращающегося тела, несовпадение центра массы тела и оси вращения, деформация деталей от неравномерного нагрева при горячих и холодных посадках и т. п.

Основными параметрами, характеризующими вибрацию, происходящую по синусоидальному закону, являются: амплитуда смещения хт — величина наибольшего отклонения колеблющейся точки от положения равновесия; амплитуда колебательной скорости vm — максимальное из значений скорости колеблющейся точки; амплитуда колебательного ускорения ат — максимальное из значений ускорения колеблющейся точки; период колебаний Т — промежуток врехмени между двумя последовательными одинаковыми состояниями системы; частота f в герцах, связанная с периодом известным соотношением f = 1/T.

Смещение в случае синусоидальных колебаний определяется формулой x=xm sin (wt + φ), где w — круговая частота (w = 2πf); φ — начальная фаза. В большинстве задач охраны труда начальная фаза значения не имеет и может не учитываться.

Соотношение между смещением, скоростью и ускорением задается следующими выражениями: v = х = jwx; а = х = v = —w2х, где j=√-1 оператор поворота вектора колебаний на угол π/2 во времени.

В общем случае физическая величина, характеризующая вибрацию (например, колебательная скорость), является некоторой функцией времени: v = v (t). Математическая теория показывает, что такой процесс можно представить в виде суммы бесконечно долго длящихся синусоидальных колебаний с различными периодами и амплитудами. В случае периодического процесса частоты этих составляющих кратны основной частоте процесса: fn = nf1, где п = 1, 2, 3, ..., f1 — основная частота процесса, а амплитуды гармоник определяются 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 распределены непрерывным образом, при этом амплитуды определяются разложением по формуле интеграла Фурье.

Таким образом, спектр периодического или квазипериодического колебательного процесса является дискретным (рис. 27а), а случайного или кратковременного одиночного процесса — сплошным (рис. 27, б). Чаще всего в дискретном спектре наиболее ярко выражена основная частота колебаний, обусловленная работой привода. 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 (рис. 27, а). Если же процесс представляет собой сумму нескольких периодических и случайных процессов, спектр его является смешанным, т. е. изображается в виде сплошного и дискретного спектров, наложенных друг на друга (рис. 27, в).

Рис. 27. Спектры вибрации: а — дискретный; б — сплошной; в — смешанный

В вопросах охраны труда в силу специфических свойств органов чувств определяющими являются действующие значения параметров, характеризующих вибрацию. Так, действующее значение колебательной скорости есть среднее квадратичное мгновенных значений скорости за время усреднения

Таким образом, для характеристики вибрации используют спектры действующих значений параметров или средних квадратов последних. При оценке суммарного воздействия колебаний различных частот или отдельных источников на человека следует иметь в виду, что при сложении некогерентных колебаний результирующую колебательную скорость (ускорение, смещение) находят энергетическим суммированием мощностей отдельных составляющих спектра (или отдельных источников) или, что одно и то же, суммированием средних квадратов , где n — число составляющих в спектре.

В соответствии с этим результирующее действующее значение процесса определяется выражением

Изображение сплошного спектра требует обязательной оговорки о ширине Δf элементарных частотных полос, к которым относится изображение. Если f1 — нижняя граничная частота данной полосы частот, f2 — верхняя граничная частота, то в качестве частоты, характеризующей полосу в целом, берется среднегеометрическая

частота fсг=√f1f2

В практике виброакустических исследований весь диапазон частот вибрации разбивается на октавные диапазоны. В октавном диапазоне верхняя граничная частота вдвое больше нижней f2/f2 = 2.

Анализ вибрации может производиться также в третьоктавных полосах частот. В третьоктаве .

Среднегеометрические частоты октавных полос частот вибраций стандартизированы и составляют: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000 Гц.

Учитывая, что абсолютные значения параметров, характеризующих вибрацию, изменяются в очень широких пределах, в практике виброакустических исследований используют понятие уровня параметров.

Уровень параметра есть логарифмическое отношение абсолютной величины параметра к некоторому его значению, выбранному в качестве начала отсчета (опорное или пороговое значение). Измеряются уровни в децибелах (дБ).

Уровень колебательной скорости (дБ)

где средний квадрат колебательной скорости v2 берется в соответствующей полосе частот; v0 — опорное или пороговое значение колебательной скорости (м/с), выбранное международным соглашением:

v0 = 5*10-8.

При сравнении двух колебательных процессов, характеризующихся уровнями виброскорости Lv1 и Lv2 (дБ), соответственно имеем для разности этих уравнений выражение

Спектры уровней колебательной скорости являются основными характеристиками вибрации.

Различают общую и локальную (местную) вибрации. Общая вибрация вызывает сотрясения всего организма, местная вовлекает в колеторых других видов оборудования. Локальной вибрации подвергаются работающие с ручным механизированным электрическим и пневматическим инструментом (зачистка сварочных швов, обрубка литья, клепка, шлифовка и т. п.). В ряде случаев работающий может подвергаться одновременно воздействию общей и локальной вибрации (комбинированная вибрация), например, при работе на строительно-дорожных машинах и транспорте.

Общие вибрации с частотой менее 0,7 Гц (качка) хотя и неприятны, но не приводят к вибрационной болезни. Тело человека и его отдельные внутренние органы движутся в этом случае как единое целое, не испытывая взаимных перемещений. Следствием такой вибрации является морская болезнь, происходящая из-за нарушения нормальной деятельности органов равновесия.

Различные внутренние органы и отдельные части тела (например, голову или сердце) можно рассматривать как колебательные системы с определенной сосредоточенной массой, соединенные между собой «пружинами» с определенными упругими свойствами и включением параллельных сопротивлений. Очевидно, что такая система обладает рядом резонансов, частоты которых (субъективное восприятие вибраций) зависят также от положения тела работающего («стоя», или «сидя»).

Резонанс на частотах 4—6 Гц соответствует колебаниям плечевого пояса, бедер (в положении «стоя»), головы относительно основания (положение «стоя»); на частотах 25—30 Гц — головы относительно плеч (положение «сидя»). Для большинства внутренних органов собственные частоты лежат в диапазоне 6—9 Гц. Колебания рабочих мест с указанными частотами весьма опасны, так как могут вызвать механические повреждения и даже разрыв этих органов. Систематическое воздействие общих вибраций в резонансной или околорезонансной зоне может быть причиной вибрационной болезни — стойких нарушений физиологических функций организма, обусловленных преимущественно воздействием вибраций на центральную нервную систему. Эти нарушения проявляются в виде головных болей, головокружений, плохого сна, пониженной работоспособности, плохого самочувствия, нарушений сердечной деятельности.

Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов, которые, начинаясь с концевых фаланг пальцев, распространяются на всю кисть, предплечье и охватывают сосуды сердца. Вследствие этого происходит нарушение периферического кровоснабжения — ухудшение снабжения конечностей кровью. Одновременно наблюдается воздействие вибрации на нервные окончания, мышечные и костные ткани, выражающееся в нарушении чувствительности кожи, окостенении сухожилий мышц, болях и отложениях солей в суставах кистей рук и пальцев, что приводит к деформациям и уменьшению подвижности суставов. Все указанные изменения усиливаются в холодный и уменьшаются в теплый период года. Одновременно наблюдаются нарушения деятельности центральной нервной системы, как при общей вибрации.

Виброболезнь относится к группе профзаболеваний, эффективное лечение которых возможно лишь на ранних стадиях, причем восстановление нарушенных функций протекает очень медленно, а в особо тяжелых случаях в организме наступают необратимые изменения, приводящие к инвалидности.

Полезная информация: