Основные параметры характеризующие вибрацию. Понятие о вибрации, параметры, характеризующие вибрацию, единицы измерения вибрации, допустимые уровни вибрации. Что такое вибрация. Ее источники

Вибрация – колебательные движения материальной точки или механической системы. Причиной возбуждения вибрации являются возникающие при работе машин и агрегатов неуравновешенные силовые воздействия, кинематическое возбуждение при движении транспортных средств по неровному пути и т.д.

Основными физическими параметрами вибрации являются:

Частота f 0 , Гц;

Период колебаний Т, с;

Амплитуда виброперемещения А, м;

Амплитуда колебательной скорости V, м/с;

Амплитуда колебательного ускорения W, м/с 2 .

Эти параметры находятся в следующей зависимости:

Базовая частота предельного спектра для общей вибрации равна 63 Гц, для локальной- 125 Гц

Гигиеническими характеристиками вибрации, определяющими её воздействие на человека, являются среднеквадратичные значения виброскорости и её логарифмические уровни. Вибрация оценивается логарифмическим уравнением виброскорости в децибелах.

Логарифмический уровень виброскорости определяют по выражению: (3)

где: V 0 – пороговое значение виброскорости, равное 5 10 –8 м/с.

Пороговое значение виброскорости – это то значение виброскорости, при котором человек едва начинает ощущать действие вибрации.

Логарифмический уровень виброускорения вычисляют по формуле: , дБ (4)

где W o – пороговое значение виброускорения, W o =3 10 –4 , м/с 2 .

Классификация вибраций

По_способу передачи-на человека вибрации подразделяют на общую, передающуюся через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека, и локальную, передающуюся через руки человека.

По направлению действия вибрация бывает - действующей вдоль осей ортогональной системы координат X, У, Z - для общей вибра­ции, где Z - вертикальная ось, а А" и У- горизонтальные оси; дей­ствующей вдоль всей ортогональной системы координат Х р, Y p , Z p - для локальной вибрации, где ось Х р совпадает с осью мест охвата (руко­ятки, рулевого колеса и др.), а ось Z p лежит в плоскости, образованной осью Х„ и направлением подачи или приложения силы.Общая вибрация по источнику ее возникновения подразделяется на транспортную, возникающую в результате движения по местности; транспортно-техническую, которая появляется при работе машин, выполняющих технологическую операцию в стационарном положении или при перемещении по специально подготовленной части производст­венного помещения, промышленной площадки; технологическую, кото­рая возникает при работе стационарных машин или. передается на рабо­чие места, не Имеющие источников вибрации.

43.прохождение звуковой волны преграды

Звуковые волны при встрече с преградой стично отражаются и частично преломля-тся. Часть преломленной энергии поглоща­ется в материале преграды. Оставшаяся часть звуковой энергии проникает за преграду (рис. 11.2). Количество отражений и преломле­ний энергии зависит от частоты колебаний, угла падения фронта волны на преграду и фи­зических свойств ограждающих конструкций.

Способность материалов и конструкций по­глощать звуковую энергию характеризуется коэффициентом звукопоглощения а, который равен отношению звуковой энергии, поглощен­ной материалом Е потл , к падающей звуковой энергии 4,а Д:

а=£= »<1. Отражение звука от преграды характеризу­ется коэффициентом отражения Р, равным от­ношению отраженной от поверхности энергии £ отр к падающей звуковой энергии:

Рис. 11.2. схемы отражения, поглощения и прохождения звуковой энергии при встрече с преградой (Е ппд - падающая звуковая энергия: Е отр – отраженная преградой звуковая энергия; Е погл. - прошедшая за преграду звуковая энергия)

Звукоизоляция.

Звукоизоляция – применение звукоизолирующих ограждений на путях распространения воздушного шума. Эффект снижения шума достигается путем отражения звуковых волн от звукоизолирующих ограждений. Звукопоглощение достигается облицовкой ограждающих поверхностей помещения специальными пористыми материалами, уменьшающие отражение звуковых волн от поверхностей, встречаемых ими на путях распространения. Звуковая энергия, попадая в поры звукопоглотительных материалов, переходит в тепловую в результате многократного отражения от стенок пор. Наиболее интенсивно преобразуют энергию звуковых колебаний в тепловую пористые и рыхлые материалы, которые и применяют для
:получения высокогозвукопоглощающего эффекта.

45 Звукопоглощение.

Для звукопоглощения используют способность строительных материалов и конструкций рассеивать энергию звуковых колебаний. При падении звуковых волн на звукопоглощающую поверх­ность, выполненную из пористого материала (например, пенопласта) значительная часть акустической энергии расходуется на приведение в колебательное движение воздуха в порах, что вызывает его разогрев. При этом кинетическая энергия звуковых колебаний преобразуется в.тепловую, которая рассеивается в окружающем пространстве.

Наиболее интенсивно преобразуют энергию звуковых колебаний в тепловую пористые и рыхлые материалы, которые и применяют для получения высокого звукопоглощающего эффекта.

Виброизоляция.

Виброизоляционная защита является одним из эффективных способов защиты рабочих мест, оборудования и строительных конструкций of вибраций, вызываемых работой машин и механизмов. Виброизоляция -это способ вибрационной защиты, заключающийся в уменьшении пере­дачи вибрации от источника возбуждения защищаемому объекту при помощи устройств (виброизоляторов), помещаемых между ними

Для создания вибробезопасных машин при их конструировании при­меняют методы, снижающие параметры вибраций воздействием на источник возбуждения, а для машин со встроенным рабочим местом до­полнительно методы вибрации, установленные ГОСТ 12.4.046-78 При проектировании технологических процессов и производственных зданий и сооружений должны быть выбраны машины с наименьшими значениями параметров вибрационных характеристик, зафикси­рованы рабочие места (зоны), на которых работающие могут подвергаться воздействию вибраций; разработана схема размещения машин с учетом создания минимальных уровней вибрации на рабочих местах; произведены расчеты (оценки) ожидаемых уровней вибрации на рабочих местах; выбраны строительные решения оснований и перекрытий для установки машин, обеспечивающие гигиенические нормы вибрации на рабочих местах; выбраны и рассчитаны необходимые средства вибро- защиты машин или рабочего места оператора, позволяющие вместе со строительными решениями обеспечить гигиенические нормьь вибраций на рабочих местах.

Пружинные виброизоляторы эффективны на низких частотах, резиновые – на высоких (более 30 Гц).

Общие сведения о вибрации

Человек в современном индустриальном обществе постоянно соприкасается с вибрационными явлениями как на производстве, в транспорте, так и в быту. Источниками вибрации являются различные машины, технологическое оборудование и транспортные средства. Рост количества машин, повышение их мощности, увеличение интенсивности и скорости транспортных потоков приводит к возрастанию воздействия вибрации на человека.

Тенденции развития техники свидетельствуют о том, что качественные изменения механизмов и машин достигаются главным образом за счет увеличения скоростных и силовых параметров при одновременном снижении их материалоемкости. При этом неизбежно возрастание динамических нагрузок, механических воздействий и, следовательно, вибрационной активности выпускаемых машин и производственного оборудования. Распространению вибрации на современных предприятиях способствует также широкое использование механизмов и машин ударного, возвратно-поступательного, вибрационного принципов действия, транспортирующих агрегатов, ручных и передвижных машин различных типов и назначения.

Отсюда вытекает необходимость ограничения вибрационного воздействия на человека путём совершенствования конструкции механизмов и средств защиты от вибрации, а также и ужесточения нормативных актов.

Производственная вибрация выступает как вредный, а иногда и опасный фактор к самим машинам, так как интенсифицирует их износ, снижает их надежность и долговечность, повышает уровни вибрации, излучаемого шума и т.п. По величине интенсивности вибрации принято судить о качестве машины и ее техническом состоянии. Распространяясь по строительным конструкциям и грунту, вибрация воздействует на другие объекты, вызывая разрушение конструкций, трубопроводов различного назначения и ухудшая работу приборов и точных станков.

Контакт человека с вибрирующими объектами отрицательно сказывается на его здоровье и работоспособности: повышается утомляемость, снижается производительность и качество труда, повышается общая заболеваемость и может развиться профессиональное заболевание – вибрационная болезнь.

Вибрационная патология как профзаболевание сегодня во всех развитых странах занимает 2-е место после пылевой, а значит обеспечение вибробезопасных условий труда имеет важнейшее значение для производства

Физические характеристики вибрации

По ГОСТ 24346 – 80 под вибрацией понимается движение точки или механической системы, при котором происходит поочередное возрастание и убывание во времени значений любой величины, её характеризующей.

По механизму генерации различают вибрации с силовым, кинематическим и параметрическим возбуждением.

Силовое возбуждение вибрации – это возбуждение вибрации системы вынуждающими силами и моментами. Источниками их являются: возвратно-поступательные движущиеся системы (кривошипно-шатунные механизмы, ручные вибраторы и перфораторы, вибротрамбовки, виброплиты, вибробункеры и т.п.); неуравновешанные вращающиеся массы (ротора насосов и ГТД, ручные электрические и пневматические шлифовальные машины, режущий инструмент станков, вентиляторы и т.п.); ударные системы (ковочные и штамповочные молоты, подшипниковые узлы, зубчатые передачи и т.п.).

Кинематическое возбуждение вибрации – возбуждение вибрации системы сообщением каким-либо ее точкам заданных движений, не зависящих от состояния системы. Причинами его являются воздействие профиля дороги на автомобили и строительно-дорожные машины, электрокары и ручные тележки в помещениях, колебания пола помещений и т.п.

Параметрическое возбуждение вибрации – возбуждение колебаний и вибрации системы не зависящим от состояния системы изменением во времени одного или нескольких ее параметров (массы, момента инерции, коэффициентов жесткости и сопротивления). Источниками являются двигатели внутреннего сгорания при изменении давления газов в цилиндрах, пневматические двигатели и т.п.

По характеру изменения во времени различают колебания детерминированные (периодические или почти периодические), случайные (стационарные или нестационарные) и импульсные или затухающие, которые могут быть простыми и сложными.

Сложные колебательные процессы могут быть представлены в виде простых гармонических синусоидальных колебаний с помощью ряда Фурье.

Колебания подразделяются на свободные и вынужденные. Свободные колебания – вибрации системы, происходящие без переменного внешнего воздействия и поступления энергии извне. Вынужденные колебания – вибрации системы, вызванные и поддерживаемые силовым или кинематическим возбуждением.

Основными понятиями теории колебаний для вибрации являются:

1) вибрационные параметры: виброперемещение, виброскорость и виброускорение;

2) механический импеданс;

3) собственная частота.

Основными величинами, характеризующими вибрацию, происходящую по синусоидальному закону, являются:

· амплитуда виброперемещения S а – величина наибольшего отклонения колеблющейся точки от положения равновесия;

· амплитуда виброскорости V а – максимальное значение скорости колеблющейся точки;

· амплитуда виброускорения а а – максимальное значение ускорения колеблющейся точки;

· период колебаний Т – наименьший интервал времени, через который при периодических колебаниях повторяется каждое значение колеблющейся величины, характеризующей вибрацию;

· частота колебаний f – величина, обратная периоду колебаний.

Виброскорость и виброускорение связаны с виброперемещением и частотой ко­лебаний соотношениями:

V = 2 p × f × S и a = ( 2 p × f) 2 × S

Учитывая, что абсолютные значения величин, характеризующих вибрацию, изменяются в очень широких пределах, в практике виброакустических исследований и инженерных расчетах используют логарифмические уровни колебаний. Под ним понимается сравнительная характеристика колебаний двух одноименных физических величин, пропорциональная десятичному логарифму отношения оцениваемого и исходного значений величины

L = 20 × lq (b × b о –1),

где b – оцениваемое значение величины (скорость, ускорение и т.п.);

b о – исходное значение величины (скорости, ускорения и т.п.).

Так, например, уровни виброскорости и виброускорения определяются соответственно как

L V = 20 × lq (V × V o –1) и L A = 20 × lq (a × a o –1),

где V и а – оцениваемые значения соответственно виброскорости и виброуско­рения;

V o и а о – исходные (пороговые) значения виброскорости и виброускорения.

Согласно международному соглашению принято:

V о = 5 × 10 – 8 м/с и а о = 3 × 10 – 4 м/с 2 .

Уровни колебаний (вибрации) измеряются в децибелах (дБ).

В общем случае физическая величина, характеризующая вибрацию (например, виброскорость) является некоторой функцией времени: V = V(t ). Математическая теория показывает, что такой процесс можно представить в виде суммы бесконечно долго длящихся гармонических (синусоидальных) колебаний с различными амплитудами и периодами. В случае периодических колебаний частоты этих составляющих кратны основной частоте колебаний (процесса):

f n = n × f 1 ,

где n = 1,2,3,..;

f 1 – основная частота колебаний.

Основной характеристикой в производственной безопасности или охране труда является спектр вибрации, под которым понимается совокупность соответствующих гармоническим составляющим значений величины, характеризующей колебания (вибрации), в которой указанные значения располагаются в порядке возрастания частот гармонических составляющих. Периодическим и почти периодическим колебаниям соответствует дискретный спектр, непериодическим – непрерывный спектр. Если колебания представляют собой наложение периодических и случайных колебаний, то спектр имеет смешанный характер.

Интенсивность вибрационных воздействий на человека, приборы и другие объекты зависит от частоты. Поэтому весь диапазон частот колебаний принято разбивать на отрезки (полосы частот) и определять уровни вибрации для каждой полосы в отдельности. В качестве стандартных частотных полос при оценке вибрационной безопасности принимают октавные полосы, у которых отношение верхних граничных частот к нижним частотам равно 2. Каждую октавную полосу принято обозначать среднегеометрическим значением ее граничных частот, определяемым по формулам

f c = (f max × f m in) 0,5 = 2 0,5 f min @ 1,41 f min ,

где f min – нижняя, а f max – верхняя граничная частота, Гц, причем f max = 2 f min .

При необходимости октавные полосы делят на третьоктавные, для которых f max = 2 1/3 f min @1,26 f min . Например, первая октавная полоса имеет граничные частоты 0,7 и 1,4 Гц, а ее среднегеометрическая частота f c = 1 Гц; следующая, соответственно 1,4….2,8 Гц и 2 Гц и т. д.

Механический импеданс (Z) определяется как отношение вынуждающей силы (F ), приложенной к системе, к результирующей колебательной скорости υ в точке приложения силы

Собственная частота - это частота свободных колебаний системы, т.е. колебаний без переменного внешнего воздействия и поступления энергии.

Рис. 11.1. Собственная часто­та колебаний

Собственная частота колебаний системы (f 0 ), представленной на рис. 11.1, определяется по формуле:

где К - жесткость пружины; М - масса груза.

При равенстве собственной частоты колебаний системы частоте вынужденных колебаний возникает явление резонанса, приводящее к резкому увеличению амплитуды колебаний.

Вибрацией называют механические ритмичные колебания упругих тел. Чаще всего под вибрацией понимают нежелательные колебания. Аритмичные колебания называют толчками.

Распространяется вибрация вследствие передачи энергии колебаний от колеблющихся частиц к соседним частицам. Эта энергия в любой момент пропорциональна квадрату скорости колебательного движения, поэтому по величине последней можно судить об интенсивности вибрации, т. е. о потоке вибрационной энергии. Поскольку скорости колебательного движения изменяются во времени от нуля до максимума, для их оценки используют не мгновенные максимальные значения, а среднеквадратичную величину за период колебания или измерения.

В отличие от звука вибрация воспринимается разными органами и частицами тела. Так, при низкочастотных (до 15 Гц) колебаниях поступательная вибрация воспринимается отолитовым, а вращательная - вестибулярным аппаратом внутреннего уха. При контакте с твердым вибрирующим телом вибрация воспринимается нервными окончаниями кожи.

Сила восприятия механических колебаний зависит от биомеханической реакции тела человека, представляющего собой в определенной мере механическую колебательную систему, обладающую собственным резонансом и резонансом отдельных органов, что и определяет строгую частотную зависимость многих биологических эффектов вибрации. Так, у человека в положении сидя резонанс тела, который обусловливается влиянием вибрации и проявляется неприятными субъективными ощущениями, наступает на частотах 4-6 Гц, у человека в положении стоя - на частотах 5-12 Гц.

Человек ощущает вибрацию частотой от долей герца до 800 Гц, вибрация большой частоты воспринимается подобно ультразвуковым колебаниям, вызывая ощущение тепла.

Человек ощущает колебательные скорости, отличающиеся в 10 000 раз. Поэтому по аналогии с шумом интенсивность вибрации часто оценивают как уровень колебательной скорости (виброскорости), определяя его в децибелах.

За пороговую колебательную скорость принята величина 5 х10"8 м/с, что отвечает пороговому звуковому давлению 2 х 1 0 ~ 5 Н/м2.

Для характеристики вибрации можно использовать и другие показатели, например виброускорение, вибросмещение. Это равнозначные единицы, которые используют для описания вибрации как физического процесса.

В большинстве случаев вибрация, создаваемая различными источниками, имеет сложный спектр частот. Отличается она неодинаковым распределением интенсивности по частотам и разным характером изменения общей вибрационной энергии во времени.

Так же, как и шум, вибрация разных частот и интенсивностей неодинаково воздействует на организм человека. По характеру воздействия выделяют общую и локальную вибрацию. Общая вибрация - это колебания больших поверхностей, передающиеся всему организму. Локальная вибрация наблюдается при колебаниях небольших тел (ручные инструменты и т. д.) Она обычно передается ограниченному участку тела человека и имеет значение для его производственной деятельности. В коммунальной гигиене мы имеем дело главным образом с общей вибрацией, возникающей во время движения автотранспорта, трамваев, троллейбусов, а также с колебанием пола, почвы и т. д.

По направлению воздействия на человека различают вертикальную и горизонтальную, переднезаднюю и боковую вибрацию, которую обозначают буквами Z, X, Y.

Мероприятия по борьбе с шумом

В кач-ве основоного метода исп-ся рац планировка пр-ва предприятия еще на стадии проектирования.

1 снижение шума в источнике Используются композитные материалы 2-х слойные. Снижение: 20-60 дБА.

2 изм-я направленности излучения шума.

3 Акустич обработка помещения.

Процесс поглощения звука происходит за счет перехода энергии колеблющихся частиц воздуха в теплоту. След-но, для эф-го звукопоглощения материал должен обладать пористой структурой, примеси д быть открыты со стороны падения звука и закрыты с обратной стороны. Звукопоглощающими явл-ся материалы, у кот коэф звукопоглощения на ср частотах больше 0,2. Звукопоглощающ облицовки снижают шум на 6-8 дБ в зоне отраженного звука, на 2-3 дБ вблизи самого источника.

4 Уменьш-е шума а пути распространения. Предусматривает применение звкоизолирующ материала. Звукоизоляция тем эф-ее,чем тяжелее материал перегородки.

5 Глушение шума- наушники,шлемы,и тд. При более 125 дБ исп-т противошумные костюмы (скафандры).

20 Вибрация. Параметры, характеризующие вибрацию. Виды вибрации и ее источники.

Вибрация – это колебательное движение матер иальной точки или механической системы. Она характеризуется:

Частотой f, Гц.

Смещением A(t), м.

Скоростью v(t), м/с

Ускорением a(t), м/с 2

Величины виброскоростии виброускорения изм-ся в оченьшироком диапазоне и поэтому были введены для удобства логарифмические уровни определяются по формуле:, гдеv- среднеквадратичное значение виброскорости, 5·10 -8 – опорная виброскорость.

Ла= 10 Лг (Ку\3 *10 -4)

Частота проив-ой вибрации нах-ся в диапазоне от 0,5 – 8000 Гц. Для выполнения измерений и оценки уровней вибрац возд-ий на человека исп-ют средние геометрич частоты октавных полос.

По способу передачи - общую и локальную . Общая передается через опорные поверхности на все тело человека. Локальная передается на руки или отдельные участки тела человека. По направлению действия : вертикальную, горизонтальную – от спины к груди, горизонтальную – от правого плеча к левому. По временным характеристикам : постоянные, для к-х величина виброскорости изменяется не более чем на 6 дБ; непостоянные изм-ся не менее чем на 6 дБ. По спектру вибрации : узкополосные и широкополосные. По частотному спектру вибрации: низкочастотная, среднечастотная, высокочастотная.

Источники вибрации:

возвратно-поступательные движущиеся системы – кривошипно-шатунные механизмы, перфораторы, вибротрамбовки, виброфармовочные машины и др.

неуравновешенные вращающиеся массы – режущий инструмент, дрели, шлифовальные машины, технологическое оборудование;

ударное взаимодействие сопрягаемых деталей – зубчатые передачи, подшипниковые узлы;

оборудование и инструмент, использующие в технологических целях ударное воздействие на обрабатываемый материал – рубильные и отбойные молотки, прессы, инструмент используемый в клепке, чеканке и т.д.

21Действие вибрации на организм человека.

Причина появления вибрации: неуравновешенное силовое воздействие. Вредные воздействия: повреждения различных органов и тканей; влияние на центральную нервную систему; влияние на органы слуха и зрения; повышение утомляемости.

При возд-ии вибрации на организм человека происходит как функцион так и физиологич изм-я

Функцион - повышенная утомляемость,увелич времени двигат-х реакций,зрит реакций, нарушение вестибюлярн р-ций и координация движения;Вследствии сниж-ся ПТ и качетво труда и возкновение травм,связанных с заторможенной реакцией на изм-е обстановки.

Физиологич – развитие нервных заболеваний,нарушение органов внутр секреции, нарушение ф-ций серд-сосуд системы,опорно-двигат аппарата,поражение мышечных тканей, и как следствие- возникновение виброболезней.

Явление резонанса-совпадение наших частот с внешним возмещающим возд-ем,когда резко повышается амплитуда колебаний. Возникает принизких частотах,менее 7 Гц (морская болезнь). При частотах вибрации менее 16 ГЦ возможно угнетание ЦНС кроме резонанса.

Негативное вибрационное воздействие

Виброакустические колебания - это упругие колебания твер­дых тел, газов и жидкостей, возникающие в рабочей зоне при работе технологического оборудования, движении технологиче­ских транспортных средств, выполнении разнообразных техно­логических операций. Вибрация - это малые механические колебания, возникаю­щие в упругих телах.

Источниками вибрации могут являться:

1. 
   возвратно-поступательные движущиеся системы - кривошипно-шатунные механизмы, перфораторы, вибротрам­бовки, виброфармовочные машины и др.;
2. 
   неуравновешенные вращающиеся массы - режущий инст­румент, дрели, шлифовальные машины, технологическое оборудование;
3. 
   ударное взаимодействие сопрягаемых деталей - зубчатые передачи, подшипниковые узлы;
4. 
   оборудование и инструмент, использующие в технологиче­ских целях ударное воздействие на обрабатываемый мате­риал - рубильные и отбойные молотки, прессы, инстру­мент используемый в клепке, чеканке и т. д.

Область распространения вибрации называется вибрацион­ ной зоной.

Параметры, характеризующие вибрацию. Вибрация характе­ризуется скоростью (v , м/с) и ускорением (а, м/с 2) колеблющей­ся твердой поверхности. Обычно эти параметры называют вибро­ скоростью и виброускорением.

Величины виброскорости и виброускорения, с которыми приходится иметь дело человеку, изменяются в очень широ­ком диапазоне. Оперировать с цифрами большого диапазона очень неудобно. Кроме того, органы человека реагируют не на абсолютное изменение интенсивности раздражителя, а на его относительное изменение. В соответствии с законом Вебе ра-Фехнера, ощущения человека, возникающие при различ­ного рода раздражениях, в частности вибрации, пропорцио­нальны логарифму количества энергии раздражителя. Поэто­му в практику введены логарифмические величины - уровни виброскорости и виброускорения:

L v = 10 lg(v 2 / v 0 2) = 20 lg(v / v 0), L а = 10 lg(а/ а 0).

Измеряются уровни в специальных единицах - децибелах (ДБ). За пороговые значения виброскорости и виброускорения приняты стандартизованные в международном масштабе вели­чины:

v 0 = 5 ∙ 10 -8 м/с, а 0 = 3 ∙10 -4 м/с 2 .

Важной характеристикой вибрации является его частота (f ) - количество колебаний в единицу времени. Частота из­меряется в герцах (Гц, 1/с) - количестве колебаний в секунду. Частоты производственных вибраций изменяются в широком диапазоне: от 0,5 до 8000 Гц. Время, в течение которого про­исходит одно колебание, называется периодом колебания Т (с): Т = 1/ f . Максимальное расстояние, на которое перемещается любая точка вибрирующего тела, называется амплитудой или амплитудой виброперемещения А (м). Для гармонических коле­баний связь между виброперемещением, виброскоростью и виброускорением выражается формулами

v= 2π fA, a=(2 π f) 2 A,

Где π = 3,14.

Вибрация может характеризоваться одной или несколькими частотами (дискретный спектр) или широким набором частот (непрерывный спектр). Спектр частот разбивается на частотные полосы (октавные диапазоны). В октавном диапазоне верхняя граничная частота f 1 вдвое больше нижней граничной частоты f 2 , f 1 / f 2 = 2. Октавная полоса характеризуется ее среднегеомет­рической частотой.

Среднегеометрические частоты октавных полос частот виб­рации стандартизованы

f СГ = и составляют: 1, 2, 4, 8, 16, 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц.

Из определения октавы по среднегеометрическому значению ее частоты можно определить нижнее и верхнее значения октавной полосы частот.

Классификация вибраций (рис.). Производственную виб­рацию классифицируют по следующим признакам:

• 
  способ передачи вибрации;
• 
  направление действия вибрации;
• 
  временная характеристика вибрации;
• 
  характер спектра вибрации;
• 
  источник возникновения вибрации.

Рис. . Классификация производственных вибраций

По способу передачи вибрацию подразделяют на общую и ло­ кальную . Общая вибрация передается через опорные поверхно­сти на все тело сидящего или стоящего человека. Локальная виб­рация передается на руки или отдельные участки тела человека, контактирующие с вибрирующим инструментом или вибрирую­щими поверхностями технологического оборудования.

По направлению действия вибрация подразделяется на:

• 
  вертикальную вибрацию;
• 
  горизонтальную вибрацию - от спины к груди;

• 
  горизонтальную вибрацию - от правого плеча к левому плечу.

Направление действия вертикальной и горизонтальной виб­рации на человека представлено на рис. .

Рис. . Направление координат осей при действии общей вибрации: а - по­ложение стоя; б - положение сидя; ось Z 0 - вертикальная, перпендикулярная опорной поверхности; ось Х 0 - горизонтальная от спины и груди; ось Y 0 - гори­зонтальная от правого плеча к левому

По временным характеристикам вибрации подразделяются на:

постоянные вибрации, для которых величина виброскоро­сти изменяется не более чем на 6 дБ;

непостоянные вибрации, для которых величина виброско­рости изменяется не менее чем на 6 дБ; при этом непосто­янные вибрации дополнительно различаются на колеблю­ щиеся, для которых уровень виброскорости изменяется во времени непрерывно; прерывистые, когда контакт человека с вибрирующей поверхностью прерывается, причем длительность интервалов в течение которых имеет место контакт с вибрацией не превышает 1 с; импульсные - со­стоящие из одного или нескольких вибрационных воздей­ствий, каждый длительностью менее 1 с.

По спектру вибрации подразделяются на:

• 
  узкополосные , у которых уровни виброскорости на отдель­ных частотах или диапазонах частот более чем на 15 дБ превышают значения в соседних диапазонах;
• 
  широкополосные, у которых отсутствуют выраженные час­тоты или узкие диапазоны частот, на которых уровни виб­роскорости превышают более чем на 15 дБ уровни сосед­них частот.

Кроме того, по частотному спектру вибрации подразделяют па: низкочастотную (f СГ = 8, 16 Гц для локальной вибрации и 1, 4 Гц для общей вибрации); среднечастотную (f СГ = 31,5, 63 Гц для локальной и 8, 16 Гц для общей); высокочастотную (f СГ = 125, 250, 500, 1000 Гц для локальной и 31,5, 63 Гц - для общей).

По источнику возникновения общая вибрация подразделяется на несколько категорий:

• 
  категория 1 - транспортная вибрация , воздействующая на человека на рабочих местах транспортных средств при их движении по местности;
• 
  категория 2 - транспортно-технологическая вибрация , воз­действующая на человека на рабочих местах машин с огра­ниченной зоной перемещения при их перемещении по специально подготовленным поверхностям производст­венных помещений, промышленных площадок;
• 
  категория 3 - технологическая вибрация , воздействующая на человека на рабочих местах стационарных машин и тех­нологического оборудования или передающаяся на рабо­чие места, не имеющие источников вибрации.

Воздействие вибрации

Вибрация проявляет свое разрушительное влияние на структуру любых организмов, систем, строений и материалов. В зависимости от частоты вибрационных колебаний могут наступить резонансные явления, обусловленные совпадением частоты вибраций с собственной частотой систем и приводящие с течением времени к неизбежному разрушению этих систем. Вообще, негативное воздействие вибрации на любые материалы проявляется в ослаблении межмолякулярных связей, и, как следствие, последующем образовании в структуре материала микротрещин, перерастающих с течением времени в макроразрушения конструкции. Именно таким образом реагируют на длительные вибрационные воздействия строительные и промышленные здания, элементы которых просто разваливаются.

Вибрация отно­сится к вредным факторам, обладающим высокой биологиче­ской активностью.

Вибрационная патология стоит на втором месте (после пылевых) среди профессиональных заболеваний.

При действии на организм общей вибрации страдают в первую очередь нервная система и анализаторы: вестибулярный, зрительный, тактильный.

У рабочих, чья профессия связана с вибрацией, отмечаются головокружения, расстройства координации движений, симптомы укачивания, вестибулярно-вегетативная неустойчивость. Нарушение зрительной функции проявляется сужением и выпадением отдельных участков полей зрения, снижением остроты зрения, иног­да до 40%, субъективно - потемнением в глазах: Под влиянием общих вибраций отмечается снижение болевой, тактильной и вибрационной чувствительности.
Особенно опасна толчкообразная вибрация, вызывающая микротравмы различных тканей с последующими реактивными изменениями. Общая низкочастотная вибрация влияет на обменные процессы, проявляющиеся в изменении углеводно­го, белкового, ферментного, витаминного и холестеринового обменов, биохими­ческих показателей крови. Для водителей машин, тракторис­тов, бульдозеристов, машинистов экскаваторов, подвергающихся воздействию низкочастотной и толчкообразной вибраций, характерны изменения в пояснично-крестцовом отделе позвоночника. Рабочие часто жалуются на боли в пояснице, конечностях, в области желудка, на отсутствие аппетита, бессонницу, раздражительность, быструю утомляемость. В целом картина воздействия низко- и средне-частотной вибрации выражается общими вегетативными расстройствами с перифе­рическими нарушениями, преимущественно в конечностях, снижением сосудистого тонуса и чувствительности.

Бич современного производства, особенно машиностроения, - локальная вибра­ция. От нее страдают главным образом люди, работающие ручным механизирован­ным инструментом. Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов кисти, пред­плечий, нарушает снабжение конечностей кровью. Одновременно колебания действуют на нервные окончания, мышечные и костные ткани, вызывают сниже­ние костной чувствительности, отложение солей в суставах пальцев, деформацию и уменьшение подвижности суставов. Колебания низких частот вызывают резкое снижение тонуса капилляров, а колебания высоких частот - спазм сосудов.

Сроки развития периферических расстройств зависят не столько от уровня, сколько от дозы вибрации в течение рабочей смены. Преимущественное значение имеет время непрерывного контакта с источником вибрации и суммарное время воздей­ствия вибрации за смену. Длительное систематическое воздействие вибрации при­водит к развитию вибрационной болезни, которая включена в список профессио­нальных заболеваний.

К факторам производственной среды, усугубляющим вредное воздействие вибра­ций на организм, относятся чрезмерные мышечные нагрузки, неблагоприятные климатические условия, особенно пониженная температура, шум высокой интенсивности, психоэмоциональный стресс. Охлаждение и смачивание рук значительно повышают риск развития вибрационной болезни за счет усиления сосудистых ре­акций.

Действие вибрации на человека зависит от частоты и уровня вибрации, продолжительности воздействия, места приложения вибрации, направления оси вибрационного воздействия, индивидуальных способностей организма человека воспринимать вибрацию, условий возникновения резонанса и ряда других условий. Колебательные процессы присущи живому организму, в частности человеку - ритмичные колебания серд­ца, крови, биотоков мозга. Внутренние органы человека (печень, почки, желудок, сердце и т. д.) можно рассматривать как колеба­тельные системы с упругими связями. Собственная частота внут­ренних органов f 0 = 3...6 Гц. Собственная частота головы челове­ка относительно плечевого пояса - 25...30 Гц, относительно ос­нования, на котором находится человек, - 4...6 Гц. При совпадении собственных частот внутренних органов человека и отдельных частей его тела с частотой вынужденной вибрации возникает явление резонанса, при котором резко возрастает ам­плитуда колебаний органов и частей тела. При этом могут воз­никнуть болевые ощущения в отдельных органах (которые, на­пример, могут наблюдаться при длительной езде по ухабистой дороге на машине с плохой амортизацией), а при очень высоких уровнях вибрации - даже травмы, разрывы связок, артерий. Яв­ление резонанса для человека возникает при низкочастотной вибрации. Колебания с частотой менее 0,7 Гц получили название качки. Качка не вызывает серьезных нарушений в организме человека, но происходят нарушения в вестибулярном аппарате человека, а у людей со слабым вестибулярным аппаратом может возникнуть так называемая морская болезнь , при которой возни­кает головокружение, тошнота, рвота. После прекращения качки это состояние через некоторое время исчезает.

При частотах вибрации менее 16 Гц кроме явлений резонан­са у человека возникает подавленное состояние, чувство страха, тревоги, угнетается центральная нервная система. При воздейст­вии вибрации в организме человека происходят функциональ­ные и физиологические изменения, представленные в табл. .

Таблица. Изменения в организме человека при воздействии вибрации

Вид изменений в организме	Симптомы	Результат воздействия
Функциональные	Повышенная утомляемость; Увеличение времени двигательных реакций; Увеличение времени зрительных реакций; Нарушение вестибулярных реакций и координации движений	Снижение производительности и качества труда Возникновение травм, связанных с заторможенной реакцией человека на изменение обстановки
Физиологические	Развитие нервных болезней; Нарушение функций сердечно-сосудистой системы; Нарушение функций опорно-двигательного аппарата; Поражение мышечных тканей и суставов; Нарушение функций органов внутренней секреции	Возникновение виброболезни

Вибрационная болезнь (виброболезнь) - профессиональное за­болевание, вызванное длительным воздействием на организм вибрации. Впервые виброболезнь описана итальянским врачом Дж. Лоригой в 1911 г.

Формы виброболезни

Периферическая

(возникает при воздействии локальной вибрации)

Церебральная

(возникает при воздействии общей вибрации)

Смешанная

(возникает при совместном воздействии общей и локальной вибрации)

Таблица. Симптомы стадий виброболезни

Стадии виброболезни	Форма виброболезни. Вид вибрации	Симптомы
1 - начальная	Церебральная Общая	Нарушения сна, эмоциональная неустойчивость, легкие нару­шения чувствительности, пониженная температура ног, бо­лезненность в икрах, утомляемость ног, незначительные из­менения периферических нервных окончаний и сосудов ног
	Периферическая Локальная	Периодические нерезко выраженные боли в руках, легкие расстройства болевой и вибрационной чувствительности па­льцев, незначительные изменения мышц плечевого пояса
II - умерен­но-выраженная	Церебральная Общая	Головокружение, непереносимость тряски, частые головные боли, изменения в вестибулярном аппарате, нарушения в центральной нервной системе (невротические реакции)
	Периферическая Локальная	Выраженные сосудистые кризы, приступы спазм и повеления пальцев («мертвые пальцы»), сменяющиеся синюшностью, резкие снижения кожной температуры на кистях (руки холод­ные и мокрые), пальцы отечные, сильные боли в мышцах рук, функциональные изменения центральной нервной системы
III - выраженная	Церебральная Общая	Выраженные изменения центральной нервной системы, вес­тибулярные расстройства с приступами головокружения, не­переносимость вибрации, постоянные головные боли, невро­тические реакции, изменения имеют необратимый характер
	Периферическая Локальная	Поражение высших отделов центральной нервной системы, сосудистые нарушения верхних и нижних конечностей, кризы, распространяющиеся на область коронарных сосудов, при­ступы головокружения, полуобморочные состояния

Клинические симптомы периферической виброболезни : спазмы периферических сосудов на фоне вегетативного полиневрита; признаки: приступы побеления пальцев (синдром «мертвых», «белых» пальцев), ослабление подвижности и боли в руках в по­кое и ночное время, потеря чувствительности пальцев и подвиж­ности в суставах (синдром «деревянных» пальцев), гипертрофия мышц и костей рук.

Клинические симптомы церебральной виброболезни: на началь­ной стадии - общемозговые сосудистые нарушения, затем - функциональные расстройства центральной нервной системы (вестибулярный синдром); на поздней стадии - органическое поражение головного мозга, вегето-сосудистые расстройства.

При церебральной и периферической виброболезни возни­кают побочные патологические изменения органов внутренней секреции, вестибулярного аппарата и т. д.

Виброболезнь длительное время может протекать компенси­рование (незаметно для человека). Различают три стадии разви­тия виброболезни.

Стадии виброболезни

Ι - начальная ΙΙΙ - выраженная

ΙΙ – умеренно-выраженная

Вибрационная болезнь регистрируется у водителей транс­порта, операторов транспортно-технологических машин и агре­гатов, работающих с ручным виброинструментом (перфоратора­ми, отбойными молотками и т. д.), формовщиков, бурильщиков, заточников, рихтовщиков.

К факторам производственной среды, усугубляющим вред­ное воздействие вибрации на организм человека, относятся по­вышенные мышечные нагрузки, неблагоприятные микроклима­тические условия (прежде всего пониженная температура и по­вышенная влажность), шум высокой интенсивности, который, как правило, сопровождает вибрацию, психо-эмоциональная на­пряженность. Охлаждение и смачивание рук значительно повы­шает риск развития вибрационной болезни за счет усиления сосудистых реакций.

Гигиеническое нормирование вибрации. Нормирование вибрации осуществляется по ГОСТ 12.1.012-90 и СН 2.2.4/2.1.8.566-96. Устанавливаются допустимые значения виброскорости и виброускорения, а также их логарифмические уровни. Допустимые значения устанавливаются отдельно для общей и локальной виб­рации. Общая вибрация нормируется в диапазонах октавных по­лос со среднегеометрическими значениями частот 2, 4, 8, 16, 31,5, 63 Гц (для транспортной вибрации дополнительно норми­руется вибрация в октавной полосе с f C Г = 1 Гц). Локальная виб­рация нормируется в диапазонах частот с f C Г = 16, 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц. Нормы установлены для продолжительности рабочей смены в 8 часов. Допустимые значения уровня виброскорости представлены в табл. .

Таблица. . Гигиенические нормы вибрации по СН 2.2.4/2.1.8.556-96 (извлечение)

Вид вибрации	Допустимый уровень виброскорости,дБ, в октавных Полосах со среднегеометрическими частотами, Гц
	1	2	4	8	16	31,5	63	125	250	500	1000
Общая транспортная Вертикальная Горизонтальная
Транспортно-технологическая
технологическая	-	108	99	93	92	92	92	-	-	-	-
В производственных помещениях, где нет машин, генерирующих вибрацию		100
В КБ, служебных помещениях, здравпунктах, лабораториях
Локальная вибрация	-	-	-	115	109	109	109	109	109	109	109

Контрольные вопросы

1. 
   Дайте определение вибрации.
2. 
   Перечислите основные источники вибрации на производстве.

1. 
   Какими параметрами характеризуется вибрация? Что такое уровень вибрации?

1. 
   Как классифицируется вибрация?

1. 
   Как воздействует вибрация на человека и как различается ее воздей­ствие от частоты колебаний?
2. 
   Что такое виброболезнь, ее формы, клинические симптомы и стадии протекания?