Глава 9 производственная вибрация

Научно-технический прогресс в промышленности предопределяет широкое внедрение вибрационной техники, что объясняется высокой производительностью и значительной экономической эффективностью вибрационных машин. Производственная вибрация является одним из наиболее распространенных неблагоприятных факторов рабочей среды, в сфере влияния которой трудятся миллионы людей многих профессиональных групп.

Длительное воздействие вибрации высоких уровней 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.

Защита человека от неблагоприятного воздействия вибрации является одной из актуальных задач как в нашей стране, так и в других индустриально развитых странах.

Вибрация - это механическое колебательное движение 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. За единицу частоты принимают одно колебание в секунду - герц (Гц). Период (Т) и частота колебания (f) связаны между собой соотношением:

T = 1/f, отсюда f = 1/T.

Максимальное отклонение тела от положения устойчивого равновесия называется амплитудой (a). В гигиенической практике амплитуду принято измерять в линейных единицах (метрах или сантиметрах).

Вибрация как движение характеризуется скоростью и ускорением. Скорость (V) является первой производной смещения по времени. Максимальное значение скорости колебательного движения равно:

V_MAX = p2fa,

где V_MAX - максимальное значение скорости (м/сек); f - частота (Гц); a - амплитуда (см).

Ускорение (W) - вторая производная смещения по времени:

W = 4pf²a,

где W - ускорение вибрации (м/сек²); f - частота (Гц); a - амплитуда (см).

В производственных условиях синусоидальные вибрации встречаются редко. Возникающие в результате работы машин и оборудования сложные колебательные движения являются апериодическими или квазипериодическими, часто носят импульсный характер.

Относительные (логарифмические) уровни виброскорости и виброускорения, выраженные в децибелах, определяются по формулам:

L_V = 20lg(V/5*10^-8) дБ

L_W = 20lg(W/3*10^-1) дБ

В практике гигиенического нормирования за нулевой уровень колебательной скорости принимают величину 5*10^-8 м/с, соответствующую среднеквадратичной колебательной скорости при стандартном пороге звукового давления, равном 2*10^-5 Па. За нулевой уровень колебательного ускорения принимают величину 3*10^-4 м/с².

В механических системах передача вибрации осуществляется путем силовых взаимодействий. Для описания процесса взаимодействия колебательных систем вводится понятие механический импеданс (Z), который определяется как отношение колебательной силы (F) к результирующей колебательной скорости V, к точке приложения этой силы: Z = FV.

Колебательная скорость, равная 1*10^-4 м/с, улавливается человеком как порог восприятия, при скорости 1 м/с возникает болевое ощущение.

Вибрации по способу передачи на человека (в зависимости от характера-контакта с источником вибрации) условно подразделяются на: местную (локальную), передающуюся на руки работающего, и общую, передающуюся через опорные поверхности на тело человека в положении сидя (ягодицы) или стоя (подошвы ног). Общая вибрация в практике гигиенического нормирования обозначается как вибрация рабочих мест. В производственных условиях нередко имеет место сочетанное действие местной и общей вибрации.

В соответствии с действующими санитарными нормами производственные вибрации по своим физическим характеристикам имеют довольно сложную классификацию.

По характеру спектра вибрации подразделяются на узкополосные и широкополосные; по частотному составу – на низкочастотные с преобладанием максимальных уровней в октавных полосах 8 и 16 Гц, среднечастотные - 31,5 и 63 Гц, высокочастотные – 125, 250, 500 и 1000 Гц – для локальных вибраций; для вибрации рабочих мест - соответственно 1 и 4 Гц, 8 и 16 Гц, 31,5 и 63 Гц.

По временным характеристикам рассматривают вибрации: постоянные, для которых величина виброскорости изменяется не более чем в 2 раза (на 6 дБ) за время наблюдения не менее 1 мин; непостоянные, для которых величина виброскорости изменяется не менее чем в 2 раза (на 6 дБ) за время наблюдения не менее 1 мин.

Непостоянные вибрации в свою очередь подразделяются на колеблющиеся во времени, для которых уровень виброскорости непрерывно изменяется во времени; прерывистые, когда контакт оператора с вибрацией в процессе работы прерывается, причем длительность интервалов, в течение которых имеет место контакт, составляет более 1с; импульсные, состоящие из одного или нескольких вибрационных воздействий (например, ударов), каждый длительностью менее 1 с при частоте их следования менее 5, 6 Гц.