Вибрация - механические колебания упругих тел в области инфразвуковых и частично звуковых колебаний. Вибрация возникает при неправильной балансировке валов, шкивов в машинах и станках, а также при работе машин ударного действия, например прессов, ткацких станков, пневматического инструмента, горных машин.
Человек воспринимает вибрацию лишь при непосредственной соприкосновении с вибрирующим телом или через другие твердые тела, соприкасающиеся с ним.
При непосредственном контакте тела человека с колеблющейся поверхностью диапазон колебаний, воспринимаемый человеком при вибрации, лежит в пределах 12 - 6000 Гц. Колебания с частотой до 12 Гц воспринимаются всем теломкак отдельные толчки. Вибрации с частотой более 8000 Гц воспринимаются как тепловое ощущение.
С физической стороны вибрации характеризуются частотой (Гц), амплитудой (мм), колебательной скоростью (мм/с) и ускорением (мм/с2).
Частота колебаний f - число полных колебании за единицу времени. Единица частоты - герц (Гц) - одно колебание в секунду. Частота колебаний - величина, обратно пропорциональная периоду колебаний Т, равному отрезку времени, в течение которого совершается полный колебательный цикл.
Амплитуда колебаний, А - максимальное смещение колеблющейся точки от положения равновесия, или, иначе говоря, полуразмах колебания. Измеряется она в сантиметрах, миллиметрах, микрометрах.
Колеблющаяся точка перемещается в пространстве с непрерывно меняющейся скоростью и ускорением, являющимся первой и второй производными смещения во времени. Скорость V при измерениях вибрации принято определять по ее максимальному значению, которое находятся в прямой зависимости от частоты и амплитуды, м/с:
Ускорение w нередко выражают в долях или единицах ускорения силы тяжести
Порогом восприятия виброскорости (колебательной скорости) принято считать 10-3 мм / с, а порогом болевого ощущения - 1 мм/с.
За стандартную единицу принята виброскосость, равная 10-5 мм / с. Уровень рассматриваемой виброскорости может быть выражен по отношению к условному порогу в логарифмических единицах - децибелах.
Колебания могут быть гармоническими, затухающими и периодическими.
Наиболее простой формой механических колебаний является гармоническое, когда тело повторяет одно и то же движение с возрастающей и убывающей величиной смещения. В производственных условиях чаще встречаются схожие виды вибрации, являющиеся результатом сложения ряда простых гармонических колебаний. В зависимости от того, на какие части тела человека распространяются механические колебания, различают местную и общую вибрации. При местной вибрации сотрясению подвергается лишь та часть тела, которая непосредственно соприкасается с вибрирующей поверхность, чаще всего руки. Влиянию местной вибрации подвергаются лица, работающиес различными пневматическими и электрическими инструментами ударного и вращательного действия.
Общая вибрация вызывает колебания всего организма и проявляется при работе людейна виброплощадках, нарабочих местах около вибростолов, на транспорте.
И общая, и местнаявибрации могут привести к развитию вибрационной болезни, которая характеризуется нарушением деятельности различных функций организма, и в первуюочередь - центральной нервной системы. Вибрации могут вызвать заболевания двух видов: общие (церебральные) и местные (локальные).
Церебральные заболевания возникают через сравнительно небольшой промежуток работы в условиях вибрации. Уже через 12 месяцев с начала работы могут возникнуть головные боли, зрительные расстройства, возбудимость, повышение температуры, функциональные расстройства деятельности сердца, печени, желудка и сердечно-сосудистой системы.
Локальные формы заболеваний возникают при действии вибраций на отдельный участок тела, вследствие чего вибрации проникают вглубь тканей и органов человека. При этом повышается кровяное давление, нарушается работа нервно-мышечного аппарата, сердечно-сосудистой системы и желудочно-кишечного тракта.
В целом степень воздействия вибраций на человека определяется величиной колебательной энергии, переданной человеку, и сильно зависит от спектрального состава вибраций и продолжительности их действия. При совместном воздействии вибраций и шума особенно страдают органы слуха и центральная нервная система.
Так как местная и общая вибрации действуют на организм человека по-разному, для них устанавливают и различные нормы предельно допустимых значений.
Введены нормы предельно допустимых величин вибраций для оборудования на рабочих местах в производственных помещениях и норм предельно допустимых величин вибраций для ручного механизированного инструмента.
Предельно допустимые уровни местной вибрации, установленные по ГОСТ 12.10.12-90, приведены в табл.1.
Предельно допустимые уровни общей вибрации установленные по ГОСТ 12.10.12-90 для постоянных рабочих мест, приведены в табл.2.
Норму вибрационной нагрузки на оператора по спектральным и корректированным по частоте значениям при длительности воздействия менее 8 часов (480 мин) определяют по формуле:
,
где U480 - норма вибрационной нагрузки на оператора для длительности воздействия вибрации 480 мин;
Т - длительность воздействия вибрации.
При Т<30 мин в качестве нормы применяют значение, вычисленное для Т=30 мин.
Таблица1
Санитарные нормы спектральных показателей вибрационной нагрузки на оператора. Локальная вибрация
Для борьбы с вибрациями применяются различные методы: устранение или уменьшение вибрации в источнике ее возникновения, демпфирование вибраций, динамическое гашение вибраций, виброизоляция.
Для борьбы с вибрациями в машинах при конструировании и монтаже последних необходимо устранять или снижать механические колебания, вызываемые ударами в подшипниках, редукторах, приводах, а также избегать вибраций, вызванных неуравновешенностью вращающихся тел, обусловленной недостаточной балансировкой валов, шкивов.
При демпфировании уменьшение амплитуды колебаний деталей машин достигается их изготовлением из материалов с большим внутренним трением или применением покрытий на вибрирующих поверхностях из материалов с большим внутренним трением или вязкостью.
Таблица2
Санитарные нормы спектральных показателей вибрационной нагрузки на оператора. Общая вибрация
Основным показателем, определяющим качество виброизоляции машины, установленной на виброизоляторы с жесткостью "с" и массой "М", является коэффициент передачи КП или коэффициент виброизоляции ВИ показывающие, какая доля динамической силы или ускорения от общей силы или ускорения, действующих со стороны машины, передается виброизоляторами фундаменту:
где 
- частота возмущающей силы; 
- частота собственных колебаний машины: 
- статическая осадка виброизолятора под действием собственной массы машины, см. Эффект виброизоляции тем выше, чем больше отношение 
.
Следовательно, для лучшей виброизоляции фундамента от вибраций машин при известной частоте возмущающей силы f необходимо уменьшить частоту собственных колебаний машины на виброизоляторах f0 для получения больших отношений , что достигается либо увеличением массы машины '' М '", либо снижением жесткости виброизоляции ''с". При известной же собственной частоте f0 эффект виброизоляции будет тем выше, чем больше возмущающая частота f по сравнению с частотой f0. Ослабление передачи вибраций на фундамент обычно характеризуется величиной виброизоляции ВИ. Величина виброизоляции на данной частоте (дБ) определяется по формуле
Измерение вибрации и оценки полученных результатов позволяет создать заключение о степени вредности работы, обосновать необходимость проведения профилактических мероприятий, а также проверить эффективность уже существующих мер.
Для измерения вибраций существуют электрические способы.
Применяемые приборы и оборудование.
Электроизмерительные приборы позволяют измерять вибрации на значительном расстоянии, что важно с точки зрения безопасности и удобства экспериментальных работ. Принцип измерения заключается в преобразовании механической энергии в электрическую с помощью пьезокварцевого вибродатчика. Электрические методы измерения колебаний имеют существенные преимущества перед механическими: допускают исследования в широком диапазоне частот вибраций большой и малой амплитуды без непосредственного влияния на вибрирующую конструкцию.
Измерители шума и вибрации ИШВ-1, ВШВ-003, предназначены для измерения действующих значений уровней звукового давления, виброускорения, виброскорости в октавных полосах частот и уровней звука по часовым характеристикам А, В, С и Лин.
Измерители шума и вибрации ИШВ-1, ВШВ-003используется для измерения шума и вибрации машин, механизмов, средств транспорта в лабораторных, цеховых и полевых условиях во многих отраслях народного хозяйства.
Рис.1. Измеритель шума и вибрации ИШВ-1
Контрольные вопросы
1. В чем заключается физический смысл вибрации?
2. Какими параметрами характеризуется вибрация?
3. Что такое общая и локальная вибрация?
4. Какое влияние оказывает вибрация на организм человека?
5. Как нормируется вибрация?
6. Назовите организационные, технические и индивидуальные меры и средства борьбы с вибрацией.
7. В чем различие виброизоляции и вибропоглощения?
8. Какими документами регламентируются уровни общей и локальной вибрация?
9. Опишите методику и аппаратурное обеспечение измерения вибрации.
10. Какие материалы используются для виброизоляции и вибропоглощения?
11. Назовите индивидуальные средства защиты от вибраций и санитарно-профилактические меры при работе с вибрирующими инструментами и оборудованием.
12. Как оценивается эффективность виброзащитных средств?
