Нормирование вибрации. Нормирование и средства оценки вибраций
Различают общую и локальную вибрации. Общая вибрация вызывает сотрясение всего организм, местная вовлекает в колебательное движение отдельные части тела. Общей вибрации подвергаются транспортные рабочие, операторы мощных штампов, грузоподъемных кранов и некоторых других видов оборудования. Локальной вибрации подвергаются работающие с ручным электрическим и пневматическим механизированным инструментом (зачистка сварных швов, обрубка отливок, клепка, шлифование 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.
Характер воздействия производственной вибрации определяется уровнями, частотным спектром, физиологическими свойствами тела человека. Местная вибрация малой интенсивности может оказывать благоприятное действие на организм человека: восстановить трофические изменения, улучшить функциональное состояние центральной нервной системы, ускорить заживление ран.
Общая вибрация с частотой менее 0,7 Гц (качка) хотя и неприятна, но не приводит к вибрационной болезни. Следствием такой вибрации является морская болезнь, происходящая из-за нарушения нормальной деятельности органов равновесия (вестибулярного аппарата) по причине резонансных явлений.
Различные внутренние органы и отдельные части тела (например, голову и сердце) можно рассматривать как колебательные системы с определенной массой, соединенные между собой «пружинами» с определенными упругими свойствами и параллельно включенными сопротивлениями. Очевидно, что такая система обладает рядом резонансов, частоты которых, определяющие субъективное восприятие вибраций, зависят также от положения тела работающего (работа стоя или сидя).
Собственные частоты плечевого пояса, бедер и головы относительно опорной поверхности (положение «стоя») составляют 4-6 Гц, головы относительно плеч (положение «сидя») - 25-30 Гц. Для большинства внутренних органов собственные частоты лежат в диапазоне 6-9 Гц. Колебания рабочих мест с указанными частотами весьма опасны, так как могут вызвать механическое повреждение или даже разрыв этих органов.
Систематическое воздействие общих вибраций, характеризующихся высоким уровнем виброскорости, 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, головокружении, плохого сна, пониженной работоспособности, плохого самочувствия, нарушений сердечной деятельности. Наиболее характерным проявлением вибрационной болезни считают периферические нейрососудистые расстройства верхних конечностей, которые проявляются прежде всего в изменение кровенаполнения тканей предплечья и пальцев кисти. Для выраженных форм вибрационной болезни характерны изменения вестибулярного аппарата. Виброболезнь относится к группе профзаболеваний, эффективное лечение которых возможно лишь па ранних стадиях. Восстановление нарушенных функций протекает очень медленно, а в особо тяжелых случаях в организме наступают необратимые изменения, приводящие к инвалидности.
Низкочастотная общая вибрация вызывает длительную травматизацию межпозвоночных дисков и костной ткани, смещение органов брюшной полости, изменение моторики гладкой мускулатуры желудка и кишечника, возникновение и прогрессирование дегенеративных изменение позвоночника.
В производственных условиях ручные машины с максимальным уровнем виброскорости в полосах низких частот (до 35 Гц) вызывают вибрационную патологию с преимущественным поражением нервно-мышечного и опорно-двигательного аппарата. К основным проявлениям вибрационной патологи относятся нейрососудистые расстройства рук, сопровождающиеся интенсивными болями после работы и по ночам, снижением всех видов кожной чувствительности, слабостью в кистях рук. Нередко наблюдается так называемый феномен « мертвых» или белых пальцев, а также расстройства нервной системы по типу неврозов. Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов, которые начинаются с концевых фаланг пальцев и распространяются на всю кисть, предплечье, захватывают сосуды сердца. Вследствие этого происходит ухудшение снабжения конечностей кровью. Одновременно наблюдается воздействие вибрации на нервные окончания, мышечные и костные ткани, выражающееся в нарушении чувствительности кожи, окостенении сухожилий мышц и отложениях солей в суставах кистей рук и пальцев, что приводит к болям, деформациям и уменьшению подвижности суставов. Все указанные изменения усиливаются в холодный и уменьшаются в теплый период года. При локальной вибрации наблюдаются нарушения деятельности центральной нервной системы, как и при общей вибрации.
Различают гигиеническое и техническое нормирование вибраций.
В первом-случае, т.е. при гигиеническом нормировании, производят ограничение параметров вибрации рабочих мест и поверхности контакта с руками работающих, исходя из физиологических требований, исключающих возможность возникновения вибрационной болезни. Во втором случае осуществляют ограничение параметров вибрации с учетом не только указанных требований, но и технически достижимого на сегодняшний день для данного вида машин уровня вибрации. При этом учитывают условия установки и режим работы стационарного виброактивного технологического оборудования в цехах, условия эксплуатации ручного механизированного инструмента.
В соответствии с ГОСТ 12.1.012-90 «Система стандартов безопасности труда. Вибрация, общие требования безопасности» установлены допустимые значения и методы оценки гигиенических характеристик вибраций, определяющих ее воздействие на человека. Нормируемыми параметрами при гигиенической оценке вибрации являются средние квадратические значения виброскоростей V (и их логарифмические уровни L u) или виброускорения для локальных вибраций в октавных полосах частот, а для общей вибрации в октавных или 1/3 октавных полосах. Возможна интегральная оценка вибраций по частоте нормируемого параметра, а также по дозе вибрации.
Вибрация, воздействующая на человека, нормируется отдельно в каждой стандартной октавной полосе различно для общей и локальной вибраций. Общая вибрация нормируется с учетом свойств источника ее возникновения и делится на вибрацию:
· транспортную, которая возникает в результате движения машин по местности и дорогам, в том числе при их строительстве (тракторы, с/х машины, грузовые автомобили, снегоочистители, самоходный горношахтный рельсовый транспорт);
· транспортно-технологическую, которая образуется при работе машин, выполняющих технологическую операцию в стационарном положении и (или) при перемещении по специально подготовленной части производственного помещения, промышленной площадке или горной выработке (экскаваторы, промышленные и строительные краны, машины для загрузки мартеновских печей, бетоноукладчики, напольный производственный транспорт);
· технологическую, которая возникает при работе стационарных машин или передается на рабочие места, не имеющие источников вибраций (металло- и деревообрабатывающие станки, КПО, литейные машины, стационарные электрические установки, буровые станки, установки химической и нефтехимической промышленности.
Наиболее высокие требования предъявляются при нормировании технологических вибраций в помещениях для умственного труда, а также в цехах без источников вибраций.
Допустимые значения параметров транспортной, транспортно-технологической и технологической вибрации приведены также в СН 2.2.4. / 2.1.8.-566-96 Санитарные нормы «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий»
Нормы по ограничению общих вибраций, т. е. вибраций рабочих мест (пола, оснований машин, сидений и т. п.), устанавливают величину логарифмического уровня колебательной скорости в октавных диапазонах со среднегеометрическими значениями 2, 4, 8, 16, 32, 63 Гц (нормирование транспортных вибраций производится с октавной полосы со среднегеометрический значением 1 Гц), а нормы по ограничению локальной вибрации - в октавных полосах частот со среднегеометрическими значениями 16, 32, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц. Регламентируется также продолжительность воздействия локальной и общей вибрации в зависимости от степени превышения ее параметров над нормативными значениями.
Гигиенические нормы вибрации установлены для длительности рабочей смены 8 ч.
Параметры вибрации измеряются с помощью приборов, называемых виброметрами. В настоящее время в качестве виброизмерительной и шумоизмерительной аппаратуры используются отечественные приборы ИШВ-2, DID – 003; из зарубежной аппаратуры применяются универсальные виброакустические комплексы фирм RFT (Германия) и « Брюль и Кьер» (Дания).
МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ ВИБРАЦИИ. СРЕДСТВА ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ВИБРАЦИИ.
Основными методами борьбы с вибрациями машин и оборудования являются:
· снижение вибрации воздействием на источник возбуждения (посредством снижения или ликвидации вынуждающих сил);
· отстройка от режима резонанса;
· вибродемпфирование;
· динамическое гашение колебаний;
· изменение конструктивных элементов машин и строительных конструкций;
· виброизоляция;
· применение СИЗ и лечебно-профилактических мероприятий.
I. Снижение вибрации воздействием на источник возбуждения возможно на стадии проектирования при разработке таких кинематических и технологических схем оборудования, которые исключали бы или сводили до минимума динамические нагрузки, вызванные ударами, резкими ускорениями, дисбалансом и другими причинами. Например, замена кулачковых и кривошипно-шатунных механизмов механизмами с гидроприводом.
II. Отстройка от режима резонанса , т.е. отстройка собственных частот агрегата и его отдельных узлов и деталей от частоты вынуждающей силы, имеет существенное значение для ослабления вибрации. Резонансные режимы при работе технологического оборудования устраняются либо путем рационального выбора массы или жесткости колеблющейся системы, либо установлением нового рабочего режима (отстройка от резонансного значения угловой частоты вынуждающей силы. Второй метод осуществляется на стадии проектирования. Жесткость системы изменяют введением в конструкцию ребер жесткости или изменением ее упругих элементов;
III. Вибродемпфирование – это процесс уменьшения уровня вибрации защищаемого объекта путем превращения энергии механических колебаний данной колеблющейся системы в тепловую энергию. Производится за cчет использования конструкционных материалов с большим коэффициентом трения, нанесения на вибрирующие поверхности слоя упруго-вязких покрытий с большими потерями на трение,переводом механической колебательной энергии в энергию токов Фуко или электромагнитного поля.
Вибродемпфирование может производится с помощью использования композиционных материалов, в частности двухслойных материалов сталь – алюминий, сталь-медь, а также пластмасс, древесины или резины.
Широкое распространение получили вибродемпфирующие покрытия, которые в зависимости от величины динамического модуля упругости подразделяются на жесткие (Е = 10 8 - 10 9 Па) и мягкие (Е<10 7 Па). Первые эффективны в области низких частот, вторые – высоких.
Наиболее эффективны покрытия из вязкоупругих материалов, к которым относится твердая пластмасса, рубероид, изол, битуминизированный войлок со слоем фольги. Коэффициент потерь таких слоистых покрытий составляет 0,15-0,40.
В качестве жестких применяются металлические покрытия на основе алюминия, меди, свинца, олова и гальванических покрытий, однако их эффективность значительно ниже, чем у слоистых. К мягким вибродемпфирующим покрытиям относятся мягкие пластмассы, резины, пенопласт и др. Коэффициент потерь таких покрытий составляет 0,05-0,50.
Если обрабатываемая поверхность имеет сложную форму, то для демпфирования применяют мастичные покрытия, представляющие собой смесь синтетических смол и наполнителя, а также мастику «Антивибрит» на основе эпоксидных смол.
IY. Динамическое гашение (виброгашение) - присоединение к защищаемому объекту системы, реакции которой уменьшают размах вибрации объекта в точках присоединения системы; осуществляется несколькими способами, например, установка агрегата на фундаменты, масса которых рассчитывается таким образом, чтобы амплитуда колебаний подошвы фундамента не превышала 0,1 – 0,2 мм, в особо ответственных случаях – 0,05 мм.
Эффективный способ виброгашения – установка динамических виброгасителей, уменьшающих уровень вибрации защищаемого объекта. Недостаток способа – эффективен только при определенной частоте, соответствующей резонансной частоте колебаний агрегата.
Для снижения вибрации часто используются ударные виброгасители: маятниковые, пружинные и плавающие. В них происходит преобразование кинетической энергии относительного движения конструктивных элементов в энергию соударения деформации, которая рассеивается за счет действия сил внутреннего и внешнего трения.
Y. К техническим мероприятиям, снижающим уровень вибрации относится создание новых конструкций инструментов и машин, вибрация которых не должна выходить за пределы безопасной для человека, а усилие, прикладываемое руками рабочих к ручной машине, должно быть в пределах 15-20 кг. В таких конструкциях снижение вибрации достигаться за счет увеличения жесткости системы с помощью введения ребер жесткости.
YI. Виброизоляции обеспечивает снижение вибрации за счет уменьшения передачи колебаний от агрегата к защищаемому объекту путем установки между ними дополнительных устройств.
В качестве средств виброзащиты иногда используют гибкие вставки в коммуникациях воздуховодов, разделение гибкой связью перекрытий и несущих конструкций зданий; устройство «плавающих» полов, в которых настил пола отделяется от перекрытия упругими прокладками; ручной виброинструмент с виброзащищенными рукоятками; виброизолирующие опоры на упругих подставках в сочетании с пружинами и другие устройства.
При эксплуатации машин и оборудования для устранения вибрации применяют изоляцию из дерева, резины, войлока, пробки, пружин, рессор, которые помещают между машинами и оборудованием и их опорными основаниями.
Важным условием уменьшения или ослабления вибрации является жесткое соединение машин и аппаратов с их опорными основаниями.
YII.Гигиенические и лечебно профилактические мероприятия при вибрации. В соответствии с положением о режиме труда работников виброопасных профессий общее время контакта с вибрирующими машинами не должно превышать 2/3 длительности рабочего дня. Продолжительность непрерывного воздействия не должна превышать 15-20 мин. Рекомендуются два регламентированных перерыва: 20 мин (через1-2 часа после начала смены) и 30 мин – через 2 часа после обеденного перерыва.
Для повышения защитных свойств организма, работоспособности и трудовой активности используют специальные комплексы производственной гимнастики, витаминопрофилактику (2 раза в год комплекс витаминов В, С, никотиновая кислота), спецпитание. Целесообразно проводить в середине или конце рабочего дня 5-10 минутные гидропроцедуры (ванночки при температуре 38 0 С и самомассаж рук).
Нормирование ведется в соответствии с ГОСТ 12.1.012-90:
вибрационная нагрузка на оператора нормируется для каждого направления действия вибрации;
для локальной вибрации норма вибрационной нагрузки на оператора обеспечивает отсутствие вибрационной болезни, что соответствует критерию «безопасность»;
Для общей вибрации нормы вибрационной нагрузки на оператора установлены для категорий вибрации и соответствующих им критериям оценки по табл.1.
в качестве нормируемых показателей вибрационной нагрузки на оператора принимают: для постоянной вибрации - спектры вибропараметров (например, допустимые спектры уровней виброскорости, представленные на рис.5), или корректируемые по частоте вибропараметры (табл.2).
Таблица 2
|
вибрации |
Направление действия |
Нормативные, корректированные по частоте и эквивалентные корректированные значения |
||||
|
виброускорения |
виброскорости |
|||||
|
мс -1 10 -2 | ||||||
|
Локальная |
X л, Y л, Z л | |||||
|
Z о, Y о, X о | ||||||
для непостоянной вибрации - эквивалентное корректированое значение виброускорения или его логарифмический уровень, определяемые по дозе согласно зависимостям (5) и (6) при показателе m = 2;
норму вибрационной нагрузки на оператора по спектральным и корректированным по частоте значениям контролируемого параметра () при длительности воздействия вибрации менее 8 ч (480 мин) определяют по формуле
где U 480 - норма вибрационной нагрузки на оператора для длительности воздействия вибрации 480 мин;
T - длительность воздействия вибрации.
При Т < 30 мин в качестве нормы принимают значение, вычисленное для Т = 30 мин.
Мероприятия по защите от вибрации
Борьба с производственной вибрацией должна вестись уже на этапе проектирования зданий, конструирования машин, агрегатов, станков и другого оборудования. Однако эти мероприятия зачастую не исключают возможность воздействия вибрации на человека.
Мероприятия по борьбе с воздействием вибрации проводятся по трем основным направлениям: инженерно-техническому, организационному и лечебно-профилактическому.
Инженерно-технические мероприятия включают: внедрение средств автоматизации и прогрессивной технологии, исключающих воздействие на работающих вибрации. В неавтоматизированном производстве технические способы связаны с изменением конструктивных параметров машин, технологического оборудования и механизированного инструмента и включают в себя как воздействие на саму колеблющуюся систему, так и меры по снижению вибрации на пути ее распространения.
Зависимость между амплитудой колебательной скорости и возмущающей силы для механической системы с сосредоточенными параметрами может быть представлена в виде:
(8)
где: V m , F m - соответственно амплитуда колебательной скорости и возмущающая сила;
m - масса (сосредоточенная) системы, кг;
- коэффициент трения (активная часть сопротивления), Нс/м;
-текущее
значение виброскорости,
,
м/с;
-текущее
значение виброускорения массы,
,
м 2 /с;
q - жесткость связи, Н/м;
- частота возмущающей силы, 1/с.
Из данного соотношения видно, что основными направлениями борьбы с вибрацией методом воздействия на колеблющуюся систему являются:
ликвидация или снижение значений неуравновешенной силы в источнике вибрации (сюда относится замена кривошипных и кулачковых механизмов равномерно вращающимися, механические приводы - гидравлическими, применение шестерен со специальным профилем зуба, подбор зубчатых пар, замена подшипников качения на подшипники скольжения, тщательная балансировка вращающихся масс);
отстройка от режима резонанса, т.е. обеспечение несовпадения собственных частот агрегата и его отдельных узлов и деталей с частотой вынужденной силы;
вибродемпфирование - уменьшение уровня вибрации защищаемого объекта путем превращения энергии механических колебаний в другие виды энергии (увеличение активных потерь на трение), которое может производиться путем:
использования в качестве конструкционных материалов и покрытий упруго-вязких материалов с большим коэффициентом внутреннего трения, таких, как капрон, пластмассы, текстолит, резина, дельтадревесина, сплавы на основе Cu-Ni, Ni-Ti, Ni-Co;
использования поверхностного трения при введении в конструкцию дополнительных поглощающих элементов;
перевода энергии механических колебаний в энергию электро-магнитных полей и в тепловую энергию;
динамическое гашение колебаний (основано на увеличении реактивного сопротивления), которое реализуется введением виброгасителя, колеблющегося в противофазе с основной массой (применяется в режимах, близких к резонансу).
Основным способом препятствия передаче вибрации от ее источника на тело оператора является виброизоляция. Она выполняется путем введения в колеблющуюся систему дополнительной упругой связи, препятствующей передаче вибрации от машины - источника колебаний - к основанию, смежным элементам конструкции или к оператору.
Эффективность виброизоляции оценивается коэффициентом передачи, который имеет смысл отношения силы, действующей на основание при наличии упругой связи, к силе, действующей при абсолютно жесткой связи, и определяется по формуле:
Оптимальным считается КП = 1/8..1/15.
В качестве виброизоляционных материалов применяют:
резину губчатую, мягкую, средней жесткости и специальных сортов;
пробку натуральную или плиты из пробковой крошки;
войлок натуральный;
минеральный войлок на битумном связующем 3- см толщиной;
асбоцементовые плиты;
древесно-стружечные плиты.
Примеры виброизолирующих устройств представлены на рис.6-16.
Основными гигиеническими характеристиками, определяющими воздействие вибрации на человека, по Санитарным нормам СН 2.2.4/2.1.8.566-96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий» являются среднеквадратичные значения виброскорости и виброускорения в октавных полосах частот. ГОСТ 12.1.012-2004 «Вибрационная безопасность» определяет в качестве гигиенической характеристики вибрации значение полного корректированного виброускорения.
Гигиеническая оценка постоянной и непостоянной вибрации, действующей на человека, производится посредством:
Частотного (спектрального) анализа вибрации;
Интегральной оценки по частоте воздействующей вибрации;
Интегральной оценки с учетом времени вибрационного воздействия по эквивалентному (по энергии) уровню вибрации.
Предельно допустимые уровни производственной вибрации установлены СН 2.2.4/2.1.8.566-96 отдельно для локальной и общей вибрации (вибрация рабочих мест). Причем, нормирование общей вибрации осуществляется тоже отдельно для следующих категорий вибрации (по источнику возникновения): – транспортной вибрации (вибрации 1-й категории); транспортно-технологической вибрации (вибрации 2-й категории); технологической вибрации (вибрации 3-й категории).
Нормируемый диапазон частот устанавливается:
Для локальной вибрации в виде октавных полос со среднегеометрическими частотами: 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц;
Для общей вибрации в виде октавных или третьоктавных полос со среднегеометрическими частотами 0,8; 1; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 31,5; 40,0; 50,0; 63,0; 80,0 Гц.
Значение среднегеометрической частоты октавной полосы при нормировании вибрации, как и при нормировании шума, определяется по формуле (7.5).
При частотном (спектральном) анализе нормируемыми параметрами являются средние квадратические значения виброскорости (V )и виброускорения (а ) или их логарифмические уровни (L V , L a ), измеряемые в октавных и третьоктавных полосах частот, устанавливаемых для длительности воздействия 480 мин (8 ч).
Гигиеническая оценка воздействующей на работника постоянной вибрации (общей, локальной) проводится методом интегральной оценки по частоте нормируемого параметра. При этом нормируемым параметром является корректированное значение виброскорости и виброускорения (U )или их логарифмические уровни (L U ), измеряемые с помощью корректирующих фильтров или вычисляемые по формулам:
где U i и L Ui – среднее квадратическое значение контролируемого параметра вибрации (виброскорости или виброускорения) и его логарифмический уровень в i -й частотной полосе; n – число частотных полос в нормируемом диапазоне; K i и L Ki – весовые коэффициенты для i -й частотной полосы для среднего квадратического значения контролируемого параметра или его логарифмического уровня.
Весовые коэффициенты K i и L Ki приведены в табл. 1 и 2 СН 2.2.4/2.1.8.566-96.
Гигиеническая оценка воздействующей на работника непостоянной вибрации (общей, локальной) проводится методом интегральной оценки по эквивалентному (по энергии) уровню нормируемого параметра. При интегральной оценке вибрации с учетом времени ее воздействия по эквивалентному (по энергии) уровню нормируемым параметром является эквивалентное корректированное значение виброскорости или виброускорения (U экв) или их логарифмический уровень (L U экв), измеренные или вычисленные по формулам:
, дБ, (8.8)
, дБ, (8.9)
где U i – корректированное по частоте значение контролируемого параметра виброскорости (V, L V ), или виброускорения (a, L a ); t i – время действия вибрации, ч;
где n – общее число интервалов действия вибрации.
При воздействии на работника в течение рабочего дня (смены) как постоянной, так и непостоянной вибрации (общей, локальной) для оценки условий труда измеряют или рассчитывают с учетом продолжительности их действия эквивалентный корректированный уровень (значение) виброскорости или виброускорения по формуле (8.9).
При оценке вибрационной нагрузки на работника предпочтительным параметром является виброускорение.
Норма вибрационной нагрузки на работника устанавливается для каждого направления действия вибрации.
Гигиенические нормы одночисловых (корректированных) показателей вибрационной нагрузки на работника для длительности смены 8 ч в соответствии с СН 2.2.4/2.1.8.566-96 приведены в табл. 8.1.
Таблица 8.1
Гигиенические нормы вибрации
| Вид вибрации | Категория вибрации по санитарным нормам | Направление действия | Нормативные корректированные и эквивалентные корректированные значения | |||
| по виброускорению | по виброскорости | |||||
| м/с 2 | дБ | м/с | дБ | |||
| Локальная | X л, Y л, Z л | 2,0 | 2,0 | |||
| Общая | Z о | 0,56 | 1,1 | |||
| X о, Y о | 0,4 | 3,2 | ||||
| Z о, X о, Y о | 0,28 | 0,56 | ||||
| 3 тип «а» | Z о, X о, Y о | 0,1 | 0,2 | |||
| 3 тип «б» | Z о, X о, Y о | 0,04 | 0,079 | |||
| 3 тип «в» | Z о, X о, Y о | 0,014 | 0,028 |
Гигиенические нормы в логарифмических уровнях средних квадратических значений виброскорости для октавных полос частот приведены на рис. 8.3.
Рис. 8.3. Допустимые логарифмические уровни средних квадратических
значений виброскорости для октавных полос частот:
1-3 – общая вибрация: 1 – транспортная (1´ – вертикальная, 1´´– горизонтальная); 2 – транспортно-технологическая; 3 – технологическая (3а – на постоянных рабочих местах производственных помещений предприятий, 3б – на рабочих местах в складах, столовых, бытовых, дежурных и других производственных помещений, где нет машин, генерирующих вибрацию, 3в – на рабочих местах и помещениях заводоуправления, конструкторских бюро, лабораторий, учебных пунктов, вычислительных центров, здравпунктов, конторских помещениях, рабочих комнатах и других помещениях для работников умственного труда); 4 – локальная вибрация
Нормативные уровни вибрации для водителей автомобильного транспорта приведены в табл. 8.2, для железнодорожных транспортных средств – в табл. 8.3.
Таблица 8.2
Гигиенические нормы вибрации для автотранспорта
Таблица 8.3
Гигиенические нормы вибрации железнодорожных транспортных средств
| № п/п | Вид подвижного состава | Оси | Нормативные уровни вибрации, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц | Корректированные и эквивалентные корректированные значения и их уровни | ||||||
| 31,5 | ||||||||||
| Кабины локомотивов и МВПС по виброскорости | Z X, Y | |||||||||
| Пассажирские вагоны поездов дальнего следования - по виброскорости | Z X, Y | |||||||||
| Пассажирские вагоны электро- и дизельных поездов (электрички) - по виброскорости | Z X, Y | |||||||||
| Путеизмерительные вагоны и вагоны дефектоскопии на рабочих местах (пол, сидение) - по виброскорости | Z X, Y | |||||||||
| - по виброускорению | Z X, Y |
Окончание табл. 8.3
Измерение вибрации
Контроль вибрации проводят в точках, для которых установлены санитарные и технические нормы в направлениях координатных осей, установленных ГОСТ 31191.1-2004 (ИСО 2631-1:1997) «Вибрация и удар. Измерение общей вибрации и оценка ее воздействия на человека. Ч.1. Общие требования», ГОСТ 31319-2006 (ЕН 14253:2003) «Вибрация. Измерение общей вибрации и оценка ее воздействия на человека. Требования к проведению измерений на рабочих местах», ГОСТ 31192.1-2004 (ИСО 5349-1:2001) «Вибрация Измерение локальной вибрации и оценка ее воздействия на человека. Ч.1. Общие требования», ГОСТ 31192.2-2004 (ИСО 5349-2:2001) «Вибрация Измерение локальной вибрации и оценка ее воздействия на человека. Ч.2. Требования к проведению измерений на рабочих местах».
Допускается проводить измерения в других, более удобных для контроля точках рабочего места, машины, тела оператора, если установлены достоверные взаимосвязи (аналитические зависимости, передаточные функции, коэффициенты, поправки и другие показатели) между выбранным местом измерения и точкой, для которой установлены нормы вибрации.
Контроль вибрации на рабочих местах должен обеспечивать оценку вибрационной нагрузки на оператора в реальных условиях производства.
Периодические испытания ручных машин для контроля ВХ должны проводиться не реже раза в год.
Периодичность контроля вибрационной нагрузки на оператора при воздействии локальной вибрации должна быть не реже 2 раз в год, общей – не реже раза в год.
Отбор рабочих мест при выборочном контроле вибрации на рабочих местах должен производиться по методике, разработанной для конкретного производства и согласованной с организациями или службами, по указанию которых он проводится.
Контроль качества машин должен проводиться при контрольных испытаниях в соответствии с ГОСТ Р 15.201-2000 «Система разработки и постановки продукции на производство. Продукция производственно-технического назначения. Порядок разработки и постановки продукции на производство».
Контроль технического состояния машин должен осуществляться после их ремонта и периодически.
Программа контроля при оценке вибробезопасности на рабочих местах или контроля ВХ машин должна содержать:
характеристику объекта измерений, правила его выбора;
условия контроля, при которых проводят измерения;
виды и характеристики применяемых средств испытаний;
контролируемые параметры показателей вибрационной нагрузки на оператора или ВХ машины;
точки и направления измерений;
способы установки вибропреобразователей;
тип измерительной аппаратуры и ее погрешность;
требования к числу наблюдений и времени измерения;
методику обработки и критерии оценки результатов измерений.
Контроль вибрационной нагрузки на оператора по спектральному или корректированному по частоте значению контролируемого параметра допускается осуществлять по результатам определения ВХ, например по результатам испытаний ручных машин на стендах.
Виброизмерительная аппаратура должна соответствовать требованиям ГОСТ ИСО 8041-2006 «Вибрация. Воздействие вибрации на человека. Средства измерений» и иметь действующее свидетельство о поверке. Краткий перечень средств измерений вибрации приведен в приложении 1. Средства для измерений вибрации должны иметь в своем составе устройства для показаний следующих параметров:
Среднеквадратичного значения корректированного ускорения для данного периода измерений;
Среднеквадратичного значения ускорения в диапазоне полосовой фильтрации для данного периода измерений;
Периода измерений.
Средства измерений должны иметь в своем составе устройство индикации появления перегрузки в любой из моментов измерений. Для определения максимального кратковременного среднеквадратичного и значения пикового значения должна быть предусмотрена возможность работы средства измерений в режиме удержания измеренных значений.
Для измерения вибрации применяют виброметры и шумомеры с дополнительным приспособлением – виброизмерительным преобразователем, устанавливаемым вместо микрофона. Для оценки вибрационной нагрузки точки измерения выбирают в местах контакта оператора с вибрирующей поверхностью. Если оператор в процессе производственной деятельности перемещается в пределах рабочего места (зоны), то измерения выполняют через каждый метр его пути.
При измерении общей вибрации вибропреобразователь устанавливают на промежуточной платформе у ног оператора, работающего стоя, или на промежуточном диске, размещаемом на сиденье под опорными поверхностями оператора, работающего сидя. При измерении локальной вибрации вибропреобразователь устанавливают на переходном элементе – адаптере.
Способ и устройство крепления вибропреобразователя не должны оказывать влияния на характер контролируемой вибрации и вносить погрешности в измерения. Предпочтительным креплением вибропреобразователя является шпилька.
Предельная погрешность измерений вибрации не должна быть более ±3 дБ с вероятностью 0,95.
Измерения проводят непрерывно или через равные промежутки времени (дискретно).
При непрерывном измерении спектров и корректированных по частоте значений длительность измерений должна быть: для локальной вибрации - не менее 3 с; для общей вибрации – не менее 30 с.
При непрерывном измерении дозы вибрации или эквивалентного корректированного значения контролируемого параметра длительность наблюдения должна быть не менее 5 мин для локальной вибрации и не менее 15 мин для общей вибрации.
При дискретном измерении спектров и корректированных по частоте значений интервал между снятием отсчетов должен быть для локальной вибрации не менее 1 с, для общей вибрации – не менее 10 с.
Приборы для измерения вибрации делятся на две группы: приборы, измеряющие вибрацию неэлектрическими методами, и приборы с преобразованием механических колебаний в электрические. Механические вибрографы редко встречаются в настоящее время и обычно используются как приборы для проведения оценочных замеров амплитуд и частот вибраций, так как чувствительность их сравнительно невелика: они позволяют регистрировать амплитуды колебаний от 0,05 до 6 мм при частотах от 5 до 100 Гц.
Приборы, в которых механические колебания преобразуются в электрические, позволяют записывать колебательный процесс на осциллограф или самопишущие приборы без искажений; при этом могут быть выделены отдельные составляющие вибрации. Преимуществом такого метода измерения вибрации является возможность удаления вибродатчика от измерительной аппаратуры на любое расстояние. Используя несколько датчиков, можно измерять вибрацию одновременно в нескольких точках. Наибольшее распространение получили индукционные (магнитоэлектрические), электромагнитные и пьезоэлектрические датчики.
К отечественной виброизмерительной аппаратуре, позволяющей анализировать вибрацию, относятся измерители шума и вибрации ВШВ-003-М2, шумовиброинтегратор логарифмирующий ШВИЛ-01, шумомер-виброметр ШВД-01, позволяющие проводить измерения общей и локальной вибрации в диапазоне 20-170 дБ, виброметр общей и локальной вибрации «Октава 101В», предназначенный для измерения среднеквадратичных, эквивалентных и пиковых уровней виброускорения. Средства измерения вибрации серии «Октава» наиболее соответствуют требованиям ГОСТ ИСО 8041-2006. Из зарубежных приборов следует отметить аппаратуру фирм Robotron (Германия), «Брюль и Къер» (Дания).
Для измерений параметров вибрации предназначен комплект фирмы Robotron , состоящий из виброметра и узкополосного фильтра, плавная развертка частоты которого обеспечивается внутренним или внешним (от виброметра) управляющим сигналом. Оба прибора комплектуются в измерительный чемодан. Указанный фильтр прибора имеет встроенные корректирующие схемы, позволяющие оценивать как локальную вибрацию, так и действующую в любом направлении на тело человека в целом. Однако применение данного комплекта при оценке вибрации с непостоянной амплитудой требует такой же квалификации оператора, как и измерение непостоянного шума.
Более удобным для целей нормирования является виброметр М 1300, специально предназначенный для гигиенической оценки вибрации, действующей на человека. Рабочий частотный диапазон прибора простирается от 0,5 Гц до 4 кГц, внутри которого результаты измерений могут автоматически корректироваться встроенными фильтрами, учитывающими направление и место приложения вибрации к человеку. Важным преимуществом прибора является автоматический расчет дозы вибрации, значение которой отображается на жидкокристаллическом дисплее. Это не требует от оператора снятия промежуточных результатов по стрелочному прибору, что существенно повышает качество оценки вибрации. Питание осуществляется от элементов типа «Крона». Масса прибора в переносной сумке с элементами питания не превышает 2 кг. Так как виброметр является одноканальным вариантом, то для измерений одновременно в трех направлениях действия вибрации необходимо иметь три комплекта, которые удобно размещаются в одном чемодане.
Из аппаратуры фирмы «Брюль и Къер» (Дания) следует отметить модульный шумомер типа 2231 класса 1, имеющий возможность измерения как параметров шума, так и вибрации за счет применения различных сменных модулей.
Лекция 10
ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ВИБРАЦИЯ
План лекции:
1. Классификация производственных вибраций.
2. Воздействие вибрации на здоровье человека.
3. Нормирование производственных вибраций.
4. Способы снижения производственно вибрации.
Классификация производственных вибраций
Вибрация – это малые механические колебания, возникающие в упругих телах под воздействием переменных сил. Все виды техники, имеющие движущиеся узлы, транспорт – создают механические колебания. Увеличение быстродействия и мощности техники привело к резкому повышению уровня вибрации.
Человек ощущает вибрацию в диапазоне от долей до 1000 Гц. Вибрация более высокой частоты воспринимается как тепловое ощущение
Воздействие вибрации на человека классифицируется:
По способу передачи вибрации на человека,
По направлению действия вибрации.
По временной характеристике вибрации.
По способу передачи колебаний на человека различают общую, передающуюся через опорные поверхности на все тело, и локальную, передающуюся на руки или ноги человека.
По направлению действия вибрации подразделяют в соответствии с направлением ортогональных осей координатX о, Y о,Z о для общей вибрации и X л, Y л, Z л для локальной вибрации.
По временной характеристике различают постоянную вибрацию (контролируемый параметр за время наблюдения изменяется не более чем в 2 раза) и непостоянную вибрацию.
Основные параметры вибрации: амплитуда колебания (м) – величина наибольшего отклонения колеблющейся точки от положения равновесия, период колебания (с) – время между двумя последовательно одинаковыми состояниями системы, частота (Гц), связанная с периодом известным соотношением, виброскорость (м/с), виброускорение (м 2 /с)
Воздействие вибрации на здоровье человека.
Общая вибрация более опасна, чем локальная, так как она вызывает сотрясение всего организма. Вначале появляются головные боли, нарушения сна, утомляемость. При длительном воздействии вибрации развивается вибрационная болезнь: нарушается деятельность нервной системы, сосудов, органов зрения, слуха, вестибулярного аппарата, возникают головокружение, сонливость, заболевания желудка (т.к. под действием вибрации усиливается выделение желудочного сока), идет разрушающее поражение суставов.
Особенно опасна общая вибрация при совпадении частот внешних воздействий с собственными частотами колебаний органов человека (явление резонанса), т.к. амплитуды колебаний резко возрастают и может быть механическое повреждение этих органов. Для органов брюшной полости и грудной клетки собственные частоты лежат в пределах 6-9 Гц, для головы – 25-30 Гц, для глаз – 60-90 Гц.
Общая вибрация с частотой менее 0,7 Гц не приводит к вибрационной болезни. Следствием такой вибрации является морская болезнь, вызванная нарушением нормальной деятельности вестибулярного аппарата.
Общей вибрации подвергаются машинисты электропоездов, водители землеройной и сельскохозяйственной техники, операторы насосных и компрессорных станций, энергетических установок.
Локальная вибрация вызывает ухудшение кровоснабжения рук и, как следствие, отложение солей, деформацию и снижение подвижности суставов. Более всего страдают кистевой, локтевой и плечевой суставы, но, кроме того, воздействие идет на весь организм: появляются боли в области сердца и пояснице. Локальной вибрации подвергаются работающие с ручным механизированным инструментом. При воздействии вибрации низкой частоты заболевание возникает через 8-10 лет, при воздействии высокочастотной вибрации (выше 125 Гц) – через 5 и менее лет.
Нормирование производственных вибраций
Различают гигиеническое и техническое нормирование вибраций. Гигиенические нормативы – ограничивают параметры вибрации рабочих мест и поверхности контакта с руками работающих, исходя из физиологических требований, исключающих возможность возникновения вибрационной болезни. Технические – ограничивают параметры вибрации не только с учетом указанных требований, но и исходя из достижимого на сегодняшний день для данного типа оборудования уровня вибрации.
Гигиенические нормативы вибрационной нагрузки на рабочих местах устанавливаются в ГОСТ 12.1.012-90 «ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования», санитарные нормы СН 2.2.4/2.1.8.556 – 96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий». Документы устанавливают классификацию вибраций, методы гигиенической оценки, нормируемые параметры и их допустимые значения, режимы труда лиц виброопасных профессий, требования к обеспечению вибробезопасности и к вибрационным характеристикам машин.
При гигиенической оценке вибраций нормируемыми параметрами являются средние квадратичные значения виброскорости или виброускорения. Но, поскольку абсолютные значения виброскорости изменяются в очень широких пределах, на практике используется логарифмический уровень виброскорости:
L v =20lg V/ V o (дБ)
где V- измеренное значение виброскорости, м/с,
V o =5 *10 -8 м/с – наименьшее значение виброскорости, которое начинает ощущать человек.
Спектр частот вибрации разбивается на октавные полосы со среднегеометрическими частотами:
Для общей вибрации 1,2,4,8,16, 31,5.63.
Для локальной 1,2,4,8,16, 31,5, 63,125,250,500,1000.
Вибрация, воздействующая на человека, нормируется отдельно в каждой октавной полосе отдельно для общей и локальной вибрации.
Общую вибрациюнормируется с учетом свойств источника ее возникновения и делится на категории:
Категория 1 -транспортная вибрация, воздействующая на оператора на рабочих местах самоходных и прицепных машин и транспортных средств при их движении по местности, агрофону и дорогам, в том числе при их строительстве;
Категория 2 -транспортно-технологическая вибрация, воздействующая на человека-оператора на рабочих местах машин с ограниченной подвижностью при перемещении их по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок и горных выработок;
Нормируемыми параметрами вибрационной нагрузки являются средние квадратичные значения виброскорости и их логарифмические уровни для локальных вибраций в октавных полосах частот, для общей вибрации в октавных или треть октавных полосах
Гигиенические нормы вибраций по ГОСТ 10.1.012-90
Таблица 8.1.
| Вид вибрации | Допустимый уровень виброскорости, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц | ||||||||||
| 31,5 | |||||||||||
| Общая транспортная: | |||||||||||
| вертикальная | - | - | - | - | |||||||
| горизонтальная | - | - | - | - | |||||||
| Транспортно-технологическая " | - | - | - | - | |||||||
| Технологическая | _ | - | - | - | - | ||||||
| В производственных помещениях, где нет машин, генерирующих вибрацию | _ | - | - | - | - | ||||||
| В служебных помещениях, здравпунктах, конструкторских бюро, лабораториях | - | - | - | - | |||||||
| Локальная вибрация | - |