2.7. Вібрація

Вібрація серед всіх видів механічних впливів для технічних об'єктів найбільш небезпечна. Знакозмінні напруження, викликані вібрацією, сприяють накопиченню пошкоджень в матеріалах, появі тріщин та руйнуванню. Найчастіше і досить швидко руйнування об'єкта настає при вібраційних впливах за умов резонансу. Вібрації викликають також й відмови машин, приладів.

За способом передачі на тіло людини вібрацію поділяють на загальну, яка передається через опорні поверхні на тіло людини, та локальну, котра передається через руки людини. У виробничих умовах часто зустрічаються випадки комбінованого впливу вібрації—загальної та локальної.

Вібрація викликає порушення фізіологічного та функціонального станів людини. Стійкі шкідливі фізіологічні зміни називають вібраційною хворобою. Симптоми вібраційної хвороби проявляються у вигляді головного болю, заніміння пальців рук, болю в кистях та передпліччі, виникають судоми, підвищується чутливість до охолодження, з'являється безсоння. При вібраційній хворобі виникають патологічні зміни спинного мозку, серцево-судинної системи, кісткових тканин та суглобів, змінюється капілярний кровообіг.

Функціональні зміни, пов'язані з дією вібрації на людину-оператора — погіршення зору, зміни реакції вестибулярного апарату, виникнення галюцинацій, швидка втомлюваність. Негативні відчуття від вібрації виникають при прискореннях, що складають 5% прискорення сили ваги, тобто при 0,5 м/с². Особливо шкідливі вібрації з частотами, близькими до частот власних коливань тіла людини, більшість котрих знаходиться в межах 6...ЗО Гц.

Резонансні частоти окремих частин тіла наступні:

• очі —22...27

• горло — 6...12

• грудна клітка — 2... 12

• ноги, руки — 2...8 .

• голова — 8... 27

• обличчя та щелепи — 4...27

• пояснична частина хребта — 4... 14

• живіт — 4...12

Загальну вібрацію за джерелом її виникнення поділяють на:

— транспортну, котра виникає внаслідок руху по дорогах;

• транспортно-технологічну, котра виникає при роботі машин, які виконують технологічні операції в стаціонарному положенні або при переміщенні по спеціально підготовлених частинах виробничих приміщень, виробничих майданчиків;

• технологічну, що впливає на операторів стаціонарних машин або передається на робочі місця, які не мають джерел вібрації.

Вібрації, що впливають на операторів різних машин, поділяються на категорії згідно ГОСТ 12.1.012-90:

-— трактори, автомобілі вантажні, будівельно-дорожні машини, снігоочищувачі — 1;

— екскаватори, крани промислові та будівельні, самохідні бурильні установки, шляхові машини, бетоновкладачі — 2.

Підлоговий виробничий транспорт, верстати метало- та деревообробні, ковальсько-пресове обладнання, ливарні машини, електричні машини, насосні агрегати та вентилятори; бурильні вишки та установки, бурові верстати, обладнання промисловості будматеріалів — 3.

2. 7'.1. Гігієнічні характеристики та нормування вібрацій

Гігієнічне нормування вібрацій забезпечує вібробезпеку умов праці. Дія вібрації на організм людини визначається наступними її характеристиками: інтенсивністю, спектральним складом, тривалістю впливу, напрямком дії.

Показниками інтенсивності є середньоквадратичні або амплітудні значення віброприскбрення, віброшвидкості або віброзміщення, виміряні на робочому місці. Для оцінки інтенсивності вібрації поряд з розмірними величинами використовується логарифмічна децибельна шкала. Це пов'язано з широким діапазоном зміни параметрів, при котрих вимірювання їх лінійною шкалою стає практично неможливим. Особливість цієї шкали — відлік значень від порогового початкового рівня. Децибел — математичне безрозмірне поняття, котре характеризує відношення двох незалежних однойменних величин:

Ь_Л=201д^-_г (2.28)

"о

де д — вимірюваний кінематичний параметр вібрації (віброзміщення, віброшвидкість, віброприскорення);

_л — початкове (порогове) значення відповідного параметра.

⁰

Для гармонійної вібрації з частотою / логарифмічні рівні віброзміщення та віброприскорення 1~_а визначаються через логарифмічний рівень віброшвидкості 1^:

Л_о = Л„ + 20/д/-60 (2.29)

Л_и = Л„-20/д/ + 60 (2.30)

Для стандартних порогових значень прийняті наступні величини параметрів вібрації: віброзміщення и₀ = 8 х 10~¹² м; віброшвидкості и₀ = 5 х 10~* м/с; віброприскорення а₀ = 3 х 10" м/с². Зі швидкістю v₀ коливається поверхня, що випромінює звукову енергію на порозі чутності (_Ро=2х10-⁵ Н/м²).

Гігієнічну оцінку вібрації, що діє на людину у виробничих умовах, згідно з ГОСТ 12.1.012-90 здійснюють за одним з наступних методів:

• частотним (спектральним) аналізом нормованого параметра;

• інтегральною оцінкою за частотою нормованого параметра;

• дозою вібрації'.

Гігієнічною характеристикою вібрації є нормовані параметри, вибрані в залежності від застосовуваного методу її гігієнічної оцінки.

При частотному (спектральному) аналізі нормованими параметрами є середні квадратичні значення віброшвидкості и, їх логарифмічні рівні або віброприскорення а для локальної вібрації в октавних смугах частот, а для загальної вібрації — в октавних або 1/3 октавних смугах частот.

Середньоквадратичне значення деякої неперервної періодичної функції А(Ь) з періодом Т визначається за виразом:

А

(2.31)

Для гармонійної функції її середньоквадратичне значення:

(2.32)

А

А _ ^та*

де А_тах — амплітудне значення функції. Логарифмічні рівні віброшвидкості, дБ:

^{К = 20}'³5І^ ⁽⁴³³⁾

При інтегральній оцінці за частотою нормованим параметром є коректоване значення контрольованого параметра вібрації і), виміряне за допомогою спеціальних фільтрів або розраховане за формулою:

и-^иХ, (2-34)

де и. — середнє квадратичне значення контрольованого параметра (віброшвидкості або віброприскорення) в і-й частотній смузі;

п — число частотних смуг в нормованому частотному діапазоні; к. — питомий коефіцієнт для і-ї частотної смуги. Оцінка локальної вібрації здійснюється за середнім часом дії коректованим значенням-.

(2.35)

де и — коректоване значення контрольованого параметра, визначається згідно з формулою (2.34) в уму проміжку часу;

т — загальне число отриманих коректованих значень за однакові проміжки часу.

При оцінці вібрації за допомогою дози нормованим параметром є еквівалентне коректоване значення:

Увив.-^, (2.36)

де О — доза вібрації, що визначається за формулою:

(2.37)

де U(r) — миттєве коректоване значення параметра вібрації в момент часу т, отримане за допомогою коректувального фільтра; t — час впливу вібрації протягом робочої зміни.

Вібрацію, що діє на людину, нормують окремо для кожного встановленого напрямку згідно з ГОСТ 12.1.012-90.

Г

Таблиця 2.6 Допустима тривалість вібраційного впливу при перевищенні нормативних значень

Перевищення нормативів вібрацій для робочих місць, не більше			Допустима тривалість вібраційного впливу при роботі на стаціонарних 'та трансидетних машинах, не більше, хв.
дБ		разів
0		1,0	480
3		1,4	120
6		2,0	60
9		2,8	ЗО
12		4,0	15

ігієнічні норми вібрації', що впливають на людину у виробничих умовах встановлені для тривалості 480 хв. (8 год). При впливі вібрації, котра перевищує встановлені нормативи, тривалість її впливу на людину протягом робочої зміни слід зменшити згідно з даними табл. 2.6.

Гігієнічні норми в логарифмічних рівнях середніх квадратичних значень віброшвидкості для октавних смуг частот наведено на рис. 2.10.

5Б

1 2 4 8 16 31.5 63 125 500 1000 Гц

Рис. 2.10. Гігієнічні норми вібрації 1' — вертикальна; 1" — горизонтальна транспортна; 2 — транспортно-технологічна; За — технологічна у виробничих приміщеннях; 36 — в службових приміщеннях на суднах; Зв — у виробничих приміщеннях без вібруючих машин; Зг — в приміщеннях адміністративно-управлінських та для розумової праці; 4 — локальна вібрація.

При локальній вібрації залежність допустимих значень нормованого параметра Ц від часу фактичної дії вібрації і (що не перевищує 480 хв.) визначається за формулою:

и, = и_480ірр, (2.38)

де и₄₈₀ — допустиме значення нормованого параметра при тривалості дії вібрації 480 хв. Максимальне значеня і)_і не повинне перевищувати величин, що встановлені для ґ=30 хв.

Загальний спектр частот вібрації містить октавні частотні смуги з середньогеометричними значеннями частот 1; 2; 4; 8; 31,5; 63; 125;

25.0; 500; 1000 Гц. Вібрація з середньогеометричними частотами до 31,5 Гц відноситься до низькочастотної, з більшими середньо-геометричними частотами — до високочастотної.

Тривалий вплив вібрації з середньогеометричними значеннями частот 16...250 Гц є особливо небезпечним.

При дії локальної вібрації з перервами протягом робочої зміни допустимі значення нормованого параметра збільшуються шляхом множення на коефіцієнти, що наводяться нижче (табл. 2.7):

Таблиця 2.7 Коефіцієнти збільшення допустимих значень нормованого параметра дії локальної вібрації

Загальний час регулярної пе­рерви в дії ло­кальної вібрації за 1 год робо­чої зміни, хв.	До 20 включно	20—30	30—40	Більше 40
Коефіцієнт	1	2	3	4