Вибрация и ее влияние на организм человека

«ВИБРАЦИЯ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ  НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА»

Введение

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, электро- и пневмоперфораторы, 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.

 

Рис. Вероятность отсутствия виброболезни: 1-7- при продолжительности работы соответственно 1,2,5,10,15,20 и 25 лет.

Простейшей колебательной системой с одной степенью свободы является масса, укрепленная на пружине. Эта  система совершает гармонические или синусоидальные колебания.

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:

,м/c, (2.5.26)

,м/c², (2.5.27)

где f- число колебаний в 1 c;

A- амплитуда колебаний, м.

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 (так как и для шума) 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).

Согласно ГОСТ 12.1.012-90 ”Вибрация, общие  требования безопасности” (ССБТ). Логарифмитические  уровни виброскорости Lv и виброускорения Lw определяются по формуле:

; (2.5.28)

где V, W-колебательная скорость,м/с и виброускорение, м/с? ;

V_{0 ,}Wо -пороговые значения скорости и ускорения м/с, м/с².

Вибрация_, воздействующая на человека, нормируется для каждого направления в каждой октавной полосе. Важное гигиеническое значение имеет частота вибраций. Частоты порядка 35-250 Гц наиболее характерные при работе с ручным инструментом, могут вызвать вибрационную болезнь со спазмой сосудов.

Частоты ниже 35 Гц вызывают изменения  в нервно-мышечной системе и суставах. Наиболее опасны производственные вибрации равные или близкие к частоте колебания человеческого организма или отдельных органов и равные 6-10 Гц (собственная частота колебаний рук и ног 2-8 Гц, живота 2-3 Гц, груди 1-12 Гц). Колебания с такой частотой влияют на психологическое состояние человека. Одной из причин гибели людей в Бермудском треугольнике может являться колебание водной среды в спокойную погоду, когда частота колебаний равна 6-10 Гц. Частота колебания небольших судов совпадает с частотой колебания среды и у людей появляется чувство опасности, страха. Моряки стремятся покинуть корабль. Длительная вибрация может привести к гибели людей. Вибрация оказывает опасное действие на отдельные органы тела и организм человека в целом, нарушая нормальное функционирование нервной системы и органов, связанных с обменом веществ. Вибрация может вызывать нарушения деятельности сердечно-сосудистых и дыхательных органов, заболевания рук и суставов. Особенно опасны вибрации с большой амплитудой, которые оказывают в основном неблагоприятное действие на костно-суставный аппарат. При малой интенсивности и кратковременном воздействии вибрация оказывает даже благоприятное влияние. При высокой интенсивности и продолжительном действии вибрация может привести к развитию профессиональной вибрационной болезни, которая при известных условиях может перейти в «церебральную» форму (поражение центральной нервной системы), практически неизлечимую.

Согласно ГОСТ 12.1.012-90, ДСН 3.3.6.039-95 по способу передачи на человека, вибрация подразделяется на: общую, передающуюся через опорные поверхности на тело человека; локальную (местную), передающуюся в основном через руки человека(рис.2.5.10.).

Рис. Направление координат осей при общей вибрации (а и б) и  локальной(в):

а - положение стоя; б - положение  сидя; Z - вертикальная ось, перпендикулярная к поверхности; Х - горизонтальная ось от спины к груди; ось Y - горизонтальная от правого плеча к левому; при действии локальной ибрации,положение руки на сферической и цилиндрической поверхности.

Вибрация действует вдоль осей ортогональной системы координат XYZ (для общей вибрации Z-вертикальная, перпендикулярная опорной поверхности; Х - горизонтальная от спины к груди; У - горизонтальная от правого плеча к левому).

При локальной вибрации ось Хл совпадает  с осью охвата, ось Zл лежит в  плоскости Xл и направлена на подачу или приложение силы. Общая вибрация по источнику её возникновения подразделяется на: транспортную, возникающую при движении машин; транспортно-технологическую, возникающую при работе машин, выполняющих технологическую операцию; технологическую, которая возникает при работе стационарных машин.

ИЗМЕРЕНИЕ И НОРМИРОВАНИЕ ВИБРАЦИИ

Выпускаемая в настоящее время  измерительная аппаратура основана на использовании электрических  методов, обеспечивающих высокую точность преобразования механических колебаний в электрические с помощью магнитно-электрических и пьезо-электрических датчиков (приемников вибрации: сигнал усиливается, преобразуется (интегрируется, дифференцируется) и подается на регистрирующий прибор).

Приборы подразделяют на: оптические, механические, электрические.

Измерение параметров вибрации должно производится в соответствий с установленными стандартами требований к измерительным  приборам, датчикам.

Для измерения вибрации используют приборы: виброметры ВМ-1, ВИП-2, ИШВ-1 измеритель шума и вибраций (1-3000 Гц), 00042 ( Роботрон ГДР), 3513, 2512, 2513 ( Брюль и Кери- Дания), ВИП-4(15-200 Гц), ЭДИВ (электродистанционный прибор), аппаратура контрольно-измерительная типа ВВК-003, ВВК-005, измерители шума ВШВ-003 и др.

Аппаратура для измерения параметров вибраций должна соответствовать ГОСТ 12.4.012-83 «Вибрация». Средства измерения и контроля вибрации на рабочих местах. Технические требования”. Замеры вибрации проводят в наиболее виброопасных точках согласно методике исследований ДСН 3.3.6.039-99

При измерении локальной вибрации замеры производят у места контакта оператора с поверхностью, которая  вибрирует.

При измерении общей вибраций точка  измерения должна находится в  местах контакта опорной поверхности  тело человека с вибрирующей поверхностью: сидение оператора; пол рабочей зоны.

Измерения постоянной вибрации на протяжении рабочей смены проводится не менее 3-х раз с нахождением средне логарифмического значения.

Общая вибрация нормируется по следующим  октавным полосам частот: 1, 2, 3, 8, 16, 31, 50, 63; локальная: 8, 16, 31, 50, 63…1000 Гц.

Общая вибрация, воздействующая на человека, нормируется отдельно в каждой октавной полосе по вертикальному направлению (оси Z) или горизонтальному направлению (оси Х, У). Выбор нормирования определяется в зависимости от интенсивности: по более интенсивному направлению.

Гигиенические нормы технологической  вибрации, воздействующей на операторов стационарных машин в течение 480мин(8 часов), приведены в ГОСТ 12.1.012-90, ДСН 3.3.6.-039-99 (Табл.2.5.3.-2.5.4.).

Таблица

Предельно допустимые уровни локальной вибрации

Средне геометрические частоты  октавных полос, Гц.	Предельно допустимые уровни по осях Xл,Yл,Zл
	Виброскорость	Виброускорение
	м/с*10-2	дБ	м/с2	дБ
8 16 31,5 63 125 250 500 1000	2,8 115 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4	115 109 109 109 109 109 109 109	1,4 1,4 2,7 5,4 10,7 21,3 42,5 85,0	73 73 79 85 91 97 103 109
Корректированный эквивалентный уровень	2,0	112	2,0	76

Таблица 2.5.4.

Предельно допустимые параметры  импульсной локальной вибрации

Диапазон длительности вибрационных импульсов	Измеренные пиковые урони виброускорения, дБ
	120	125	130	135	140	154	150	155	160
	Допустимое количество импульсов
1-30*	160000**	160000**	50000	16000	5000	1600	500	160	30
	20000**	20000**	6250	2000	625	200	62	20	6
31-1000*	160000**	50000**	16000	5000	1600	500	160	50	-
	20000	6250	2000	625	200	62	20	6	-

* - Вибрационные импульсы 1-30 имеют  место при применении немеханизированного  инструмента, 31-1000 - на механизированном  инструменте.

** - Значение отвечает максимально возможному количеству импульсов за восьмичасовую смену при частоте 5,6 Гц. В скобках допустимое количество импульсов за 1 час.

При продолжительности смены 7 часов  предельно допустимые скорректированные  эквивалентные уровни локальной вибраций равны значениям для 8-часовой продолжительности смены.

При 6-ти часовой продолжительности эти  показатели равны для виброскорости 113 дБ ( м/с), а виброускорение -78дБ (2,3 м/с²).

Работа  в условиях действий локальной вибрации, которая превышает предельно допустимую норму более чем на 1 дБ, запрещена.

Если  время воздействия меньше 480 мин  и отсутствуют перерывы через  каждый час работы, то для каждой октавной полосы значение нормируемого параметра определяется по зависимости:

(2.5.28)

где t -время фактического воздействия вибраций(мин);

U₄₈₀ -допустимое воздействие вибрации за время воздействия480мин.

СРЕДСТВА И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ ВИБРАЦИИ

Средства защиты от вибраций подразделяются на: коллективные и индивидуальные. Основные мероприятия по защите от вибраций условно можно свести к таким группам: технические, организационные и лечебно-профилактические.

К техническим мероприятиям относятся: устранение вибраций в источнике и на пути их распространения. Устранение или уменьшение вибрации в источнике решается, начиная со стадии проектирования и изготовления машин. Закладываются в их конструкцию решения, обеспечивающие вибробезопасные условия труда: замену ударных процессов на безударные, применение деталей из пластмассы, ременных передач вместо цепных, шестерен с глобоидальным и шевронным зацеплением вместо прямозубых, выбор оптимальных рабочих режимов, тщательная балансировка вращающихся деталей, повышение класса точности их изготовления и чистоты обработки поверхности и другое.

При эксплуатации техники уменьшенные вибрации достигается современной подтяжкой креплений, устранением люфтов, зазоров, качественной смазкой трущихся поверхностей, правильной регулировкой рабочих органов.

В конструкциях, по которым происходит распространение колебаний, делаются разрывы, заполняемые вибро- и звукоизоляционными материалами; замена вибрирующего оборудования или процесса на безвибрационный.

Для снижения вибраций на пути распространения применяют: виброизоляцию, виброгашение, вибродемпфирование.

Виброизоляция:

В инженерной практике одной из действенных мер по уменьшению вибраций на пути её распространения от источника вибраций является виброизоляция. Виброизоляция бывает пассивной и активной.