Вибрационная безопасность персонала производственной и социально-бытовой сферы деятельности
Учебно-методическое пособие для практических занятий по БЖД студентов АлтГТУ всех форм обучения
Барнаул 2011
УДК 658.382
Стуров Д. С., Гергерт В.Р., Калин А.Ю. Вибрационная безопасность персонала производственной и социально-бытовой сферы деятельности: Учебно-методическое пособие для практических занятий по БЖД/ Алт. гос. техн. уни-т им. И.И. Ползунова – Барнаул, изд-во АГТУ, 2011
Учебно-методическое пособие для практических занятий по БЖД рассмотрено методической комиссией кафедры БЖД и одобрено для использования.
2011 г.
Общие теоретические сведения о вибрации.
В основу разработки учебно-методического пособия положены государственные нормативно-правовые документы:
· ГОСТ 12.1.012-90. ССБТ, Вибрационная безопасность.
· СН 2.2. 4/2. 1.8.566-96, Санитарные нормы. Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий.
Термины и определения, источники и причины вибрации.
Вибрация – это механические колебания упругих тел и материалов, отдельных частей машин, механизмов, фундаментов, строительных конструкций и т.п., при воздействии на них знакопеременной возмущающей силы.
С физической точки зрения между шумом (т.е. звуковыми колебаниями) и вибрацией принципиальной разницы нет. Разница имеет место лишь в восприятии колебаний: вибрация воспринимается вестибулярным аппаратом и органами осязания, а шум – органом слуха. Механические колебания упругих тел с частотой до 20 Гц воспринимаются организмом как вибрация, фактически это инфразвук, т.е. неслышимые колебания, а колебания с частотой более 20 Гц – воспринимаются одновременно и как вибрация и как звук. Примером этому может служить струна музыкального инструмента – она колеблется и звучит.
Источниками вибрации являются: различные технологические процессы (рубка металла, механическая обработка, размол и измельчение продукта и т.д.); машины, механизмы и их рабочие органы; ручные механизированные инструменты (электродрели, пневмонаждаки и т.п.); органы ручного управления машинами и оборудованием, и т.д.
Причины возникновения вибрации во многом обусловлены техническим прогрессом, характеризующимся увеличением скоростей движения, возрастанием мощностей, усилий, производительности оборудования. Но современная техносфера не совершенна: имеют место неуравновешенность и неравномерность движения механизмов, неточность изготовления, увеличенные зазоры в шарнирных сочленениях, неоднородность материалов движущихся деталей машин и механизмов и т.п. Всё это вместе или по отдельности является источником возникновения возмущающих знакопеременных сил, порождающих вибрацию.
Основные параметры и характеристики вибрации.
Техногенные вибрации могут быть простые, когда колебания совершаются по одной из трёх координат (X,Y,Z) и сложные, когда колебания объекта происходят одновременно по всем координатным направлениям с разной амплитудой и частотой.
Простейшим видом колебаний являются гармонические синусоидальные колебания по одной из трёх осей координат (рисунок 1).
Рисунок 1. Гармонические синусоидальные колебания точки m:
- колебательное смещение (виброперемещение)
- колебательная скорость (виброскорость)
- колебательное ускорение (виброускорение)
Основными параметрами характеризующими вибрацию являются:
- амплитуда смещения колеблющейся точки m от положения равновесия.
Формула движения точки m:
, м (1)
где 
- максимальное смещение точки от положения равновесия (от оси 
рис.1)
- круговая частота, 
- 
- частота колебаний, Гц.
- 1 Герц (Гц) равен числу периодов 
колебаний в 1 секунду.
. Если, например, период одного колебания равен 1 с, то
частота 
Гц
Если число периодов колебаний в 1 секунду будет равно 10, то время одного периода колебаний равно 0,1 с, и тогда 
Гц.
Максимальное значение амплитуды вибросмещеня по формуле (1) будет равно 
- Скорость колебаний (виброскорость) точки ,
, м/с (2)
Максимальное значение виброскорости (амплитуда виброскорости) 
, м/с
- виброускорение точки ,
, м/с (3)
Максимальное значение виброускорения по формуле (3) равно
, м/с
В общем случае физические величины, характеризующие вибрацию (например, виброскорости), являются некоторой функцией времени, т.е. 
. В таких случаях, по математической теории, колебательный процесс представляется в виде суммы бесконечно длящихся синусоидальных колебаний с различными частотами и амплитудами. Это называют полигармоническим колебательным процессом. При этом процесс может быть периодическим или квазипериодическим, частотные спектры которых считаются дискретными. (рис.2а)
Если же колебательный процесс является случайным или одиночным кратковременным – спектр вибрационных параметров считается непрерывным (рис.2б).
В реальных условиях наиболее часто вибрация представляется в виде периодических полигармонических колебаний. Тогда в силу специфических свойств органов чувств человека определяющими, т.е. действующими на организм человека, являются не максимальные значения параметров вибрации (амплитуды, скорости и ускорения), а среднеквадратичные их значения (это примерно 0,67…0,75 от их максимума). Более точное определение среднеквадратичных значений виброскорости и виброускорения выполняется по формулам:
; 
(4)
где 
- число составляющих гармоник в спектре
- значения колебательной скорости и ускорения.
В практике виброизмерений абсолютные значения параметров вибрации изменяются в очень широких пределах. Например, амплитуда колебаний при морской качке доходит до 10 метров, а амплитуда колебаний на корпусе домашней электробритвы всего лишь 0,01 мм. Точно также в широких пределах изменяются скорость и ускорение. Отличие максимального значения параметров от минимально ощутимого (порогового) значения достигает 
, т.е. в один миллион раз максимум параметра больше его минимума. Это создаёт большие неудобства в практических расчётах и исследованиях. В целях резкого сокращения измерительных шкал, для удобства пользования, применяют логарифмические шкалы величины параметров вибрации, получившие название – уровни виброскорости 
, дБ и уровни виброускорений 
, дБ (децибел):
· 
, дБ (5)
· 
, дБ (6)
где 
- пороговое (минимально ощутимое организмом человека) значение виброскорости;
ао =1·10-6 м/с2 =1·10-4 см/с2 =1·10-3 мм/с2- пороговое (минимально ощутимое организмом человека) значение виброускорения;
| б) 0 |
| a) 0 |
| f=2 Гц |
| f=4 Гц |
| f=6 Гц |
| f=8 Гц |
| f=10 Гц |
| 1с |
| 1с |
| 1с |
| 1с |
| 1с |
| f, Гц |
| LV |
| AV |
| t, c |
| f, Гц |
| AV |
| LV |
| t, c |
Рисунок 2: Полигармонические спектры производственной вибрации:
- a) периодический колебательный процесс-спектр вибрационных параметров дискретный;
- б) кратковременный одиночный колебательный процесс - спектр вибрационных параметров непрерывный.
и 
- среднее квадратическое значение виброскорости и виброускорения, соответственно.
- Уровень виброскорости 
- есть логарифмическое отношение абсолютной величины виброскорости к пороговому значению виброскорости 
в децибелах (дБ).
- Уровень виброускорения 
- есть логарифмическое отношение абсолютной величины виброускорения к пороговому значению виброускорения 
в децибелах (дБ).
