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 вібрацїі 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:

 

(2.28)

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

_Л — початкове (порогове) значення відповідного параметра.

⁰

(2.29) (2.30)

Для гармонійної вібрації з частотою / логарифмічні рівні віброзміщення та віброприскорення визначаються через логарифмічний рівень віброшвидкості

Л_о = Л„ ₊ 20/д/-60 Л_и = Л„-20/д/ + 60

Для стандартних порогових значень прийняті наступні величини параметрів вібрації: віброзміщення и₀=8хЮ~¹² м; віброшвидкості о₀ = 5 х 10"⁸ м/с; віброприскорення а₀ = 3 х 10" м/с². Зі швидкістю и₀ коливається поверхня, що випромінює звукову енергію на порозі чутності

(р₀ =2хШ⁵ 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 і>, 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.

(2.31)

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

А

(2.32)

Сер.кв.

Для гармонійної функції її середньоквадратичне значення:

А

А _ ^тах

серкв. ~ ^^,

де А_тах — амплітудне значення функції.

Логарифмічні рівні віброшвидкості, дБ:

^{К = (4}'³³⁾

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

(2.34)

де Ц — 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 і). — 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:

(2.36)

 

де О — доза вібрації, що визначається за формулою:

і

О.

(2.37)

>=р7²(т)сіт

 

де и(г) — миттєве коректоване значення параметра вібрації в момент часу т, отримане за допомогою коректувального фільтра;

І — час впливу вібрації протягом робочої зміни. Вібрацію, що діє на людину, нормують окремо для кожного встановленого напрямку згідно з ГОСТ 12.1.012-90.

Гігієнічні 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.

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     1,0       1,4       2,0       2,8 ЗО     4,0

 

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:

(2-38)

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

2.7.2. ЗАХИСТ ВІД ВІБРАЦІЙ

 

Загальні методи боротьби з вібрацією базуються на аналізі рівнянь, котрі описують коливання машин у виробничих умовах і класифікуються наступним чином:

— зниження вібрацій в джерелі виникнення шляхом зниження або усунення збуджувальних сил;

— відлагодження від резонансних режимів раціональним вибором приведеної маси або жорсткості системи, котра коливається;

— вібродемпферування — зниження вібрацій за рахунок сили тертя демпферного пристрою, тобто переведення коливної енергії в тепло;

— динамічне гасіння — введення в коливну систему додаткових мас або збільшення жорсткості системи;

— віброізоляція — введення в коливну систему додаткового пружного зв'язку, з метою послаблення передавання вібрацій, суміжному елементу конструкції або робочому місцю;

— використання індивідуальних засобів захисту.

Зниження вібрації в джерелі її виникнення досягається шляхом зменшення сили, яка викликає коливання. Тому ще на стадії проектування машин та механічних пристроїв потрібно вибирати кінематичні схеми, в котрих динамічні процеси, викликані ударами та прискореннями, були б виключені або знижені. Зниження вібрації може бути досягнуте зрівноваженням мас, зміною маси або жорсткості, зменшенням технологічних допусків при виготовленні і складанні, застосуванням матеріалів з великим внутрішнім тертям. Велике значення має підвищення точності обробки та зниження шорсткості поверхонь, що труться.

Відлагодження від режиму резонансу. Для послаблення вібрацій істотне значення має запобігання резонансним режимам роботи з метою виключення резонансу з частотою змушувальної сили. Власні частоти окремих конструктивних елементів визначаються розрахунковим методом за відомими значеннями маси та жорсткості або ж експериментально на стендах.

Резонансні режими при роботі технологічного обладнання усуваються двома шляхами: зміною характеристик системни (маси або жорсткості) або встановленням іншого режиму роботи (відлагодження резонансного значення кутової частоти змушувальної сили).

Вібродемпферування. Цей метод зниження вібрацій реалізується шляхом перетворення енергії механічних коливань коливної системи в теплову енергію. Збільшення витрат енергії в системі здійснюється за рахунок використання в якості конструктивних, матеріалів з великим внутрішнім тертям: пластмас, металогуми, сплавів марганцю та міді, нікелетитанових сплавів, нанесення на вібруючі поверхні шару пружнов'язких матеріалів, котрі мають великі втрати на внутрішнє тертя. Найбільший ефект при використанні вібродемпферних покриттів досягається в області резонансних частот, оскільки при резонансі значення впливу сил тертя на зменшення амплітуди зростає.

Найбільший ефект вібродемпферні покритті дають за умови, що протяжність вібродемпферного шару співрозмірна з довжиною хвилі згину в матеріалі конструкції. Покриття необхідно наносити в місцях, де генерується вібрація максимального рівня. Товщина вібродемпферних покриттів береться рівною 2—3 товщинам елемента конструкції, на котру воно наноситься.

Добре демпферують коливання мастильні матеріали. Шар мастила між двома спряженими елементами усуває можливість їх безпосереднього контакту, а відтак — появу сил поверхневого тертя, котрі є причиною збудження вібрацій.

Віброгасіння. Для динамічного гасіння коливань використовуються динамічні віброгасії пружинні, маятникові, ексцентрикові, гідравлічні. Вони являють собою додаткову коливну систему з масою т та жорсткістю ц, власна частота котрої /₀ налаштована на основну частоту / коливань даного агрегата, що має масу М та жорсткість віброгасій кріпиться на вібруючому агрегаті і налаштовується таким чином, що в ньому в кожний момент часу збуджуються коливання, котрі знаходяться в протифазі з коливаннями агрегата. Недоліком динамічного гасія є те, що він діє лише при певній частоті, котра відповідає його резонансному режиму коливань.

Для зниження вібрацій застосовуються також ударні віброгасії маятникового, пружинного і плаваючого типів. В них здійснюється перехід кінетичної енергії відносного руху елементів, що контактують, в енергію деформації з поширенням напружень із зони контакту по елементах, що взаємодіють. Внаслідок цього енергія розподіляється по об'єму елементів віброгасія, котрі зазнають взаємних ударів, викликаючи 'їх коливання. Одночасно відбувається розсіювання енергії внаслідок дії сил зовнішнього та внутрішнього тертя. Маятникові ударні віброгасії використовуються для гасіння коливань частотою 0,4—2 Гц, пружинні — 2—10 Гц, плаваючі — понад 10 Гц.

Віброгасії камерного типу призначені для перетворення пульсуючого потоку газу в рівномірний. Такі віброгасії встановлюються на всмоктувальній та нагнітальній сторонах компресорів, на гідроприводах. Вони забезпечують значне зниження рівня вібрацій трубо- та газопроводів.

Динамічне віброгасіння досягається також встановленням агрегата на масивному фундаменті. Маса фундаменте підбирається таким чином, щоб амплітуда коливань підошви фундаменте не перевищувала 0,1—0,2 мм.

Віброізоляція полягає у зниженні передачі коливань від джерела збудження до об'єкта, що захищається, шляхом введення в коливну систему додаткового пружного зв'язку. Цей зв'язок запобігає передачі енергії від коливного агрегата до основи або від коливної основи до людини або до конструкцій, що захищаються.

Віброізоляція реалізується шляхом встановлення джерела вібрації на віброізолятори. В комунікаціях повітропроводів розташовуються гнучкі вставки. Застосовуються пружні прокладки у вузлах кріплення повітропроводів, в перекриттях, несучих конструкціях будівель, в ручному механізованому інструменті.

Для віброізоляції стаціонарних машин з вертикальною змушувальною силою використовують віброізолювальні опори у вигляді прокладок або пружин. Однак можлива їх комбінація. Комбінований віброізолятор поєднує пружинний віброізолятор з пружною прокладкою. Пружинний віброізолятор пропускає високочастотні коливання, а комбінований забезпечує необхідну ширину діапазоне коливань, що гасяться. Пружні елементи можуть бути металевими, полімерними, волокнистими, пневматичними, гідравлічними, електромагнітними.

Засоби індивідуального захисту від вібрації застосовуються у випадку, коли розглянуті вище технічні засоби не дозволяють знизити рівень вібрації до норми. Для захисту рук використовуються рукавиці, вкладиші, прокладки. Для захисту ніг — спеціальне взуття, підметки, наколінники. Для захисту тіла — нагрудники, пояси, спеціальні костюми.

З метою профілактики вібраційної хвороби для працівників рекомендується спеціальний режим праці. Наприклад, при роботі з ручними інструментами загальний час роботи в контакті з вібрацією не повинен перевищувати 2/3 робочої зміни. При цьому тривалість безперервного впливу вібрації, включаючи мікропаузи, не повинна перевищувати 15—20 хв. Передбачається ще дві регламентовані перерви для активного відпочинку.

Всі, хто працює з джерелами вібрації, повинні проходити медичні огляди перед вступом на роботу і періодично, не рідше 1 разу на рік.