тема: производственная вибрация

Лекция №7

(Время: 6/6/2)

1. Источники вибрации на производстве. Физические характеристики вибрации.

2. Действие вибрации на организм человека.

3. Нормирование вибрации.

4. Методы и средства защиты от вибрации.

Вибрация представляет собой механические колебательные движения, непосредственно передаваемые телу человека от оборудования и строительных конструкций, на которые оно установлено.

Источники вибрации – работающие машины и оборудование, в т.ч.:

— возвратно-поступательные движения системы (кривошипно-шатунные механизмы, ручные перфораторы, вибротрамбовки, агрегаты виброформования и т.д.);

— неуравновешенные вращающиеся массы (ручные электрические и пневматические шлифовальные машины, режущий инструмент станков, дрели);

— соударения деталей зубчатых закреплений, подшипниковых узлов;

— ударный инструмент (пневматические рубильные молотки и т.п.).

Во всех приведенных источниках вибрацию вызывает величина дисбаланса, приводящая к появлению неуравновешенных сил. Причиной дисбаланса может быть неоднородность материала вращающегося тела, несовпадение центра массы тела и оси вращения, деформация деталей от неравномерного нагрева при горячих и холодных посадках.

В общем случае вибрационные колебания не являются синусоидальными, т.е. имеют сложный характер, но могут быть разложены на бесконечное число гармонических колебаний и описаны рядом Фурье. А как гармоническое колебание вибрация характеризуется амплитудой А (м), колебательной скоростью V (м/с), ускорением а (м/с²), периодом колебания Т (с), частотой колебаний f (Гц).

Вибрации могут быть и непериодическими в виде отдельных беспорядочных одиночных толчков и ударов.

Классификация вибраций производится по целому ряду принципов:

1. По причине возникновения вибрации могут быть:

— непреднамеренным и, например из-за плохой балансировки и центровки вращающихся частей машины, пульсирующего движения жидкости;

— преднамеренными, специально используемыми в технологических процессах (вибротехнологии уплотнения бетонной смеси, погружения свай и т.п.).

2. По способу передачи колебаний вибрацию подразделяют на:

— общую вибрацию, передающуюся через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека;

— местную (локальную),передающуюся через руки человека.

3. По направлению действия вибрацию подразделяют на:

— вертикальную (по оси X);

— горизонтальную (по оси Y в сагиттальной плоскости), и горизонтальную (по оси Z, распространяющуюся во фронтальной плоскости).

Общую вибрацию по источнику возникновения, возможности ее регулирования, нормирования и контроля в соответствии с ГОСТ 12.1.012-90 «Вибрационная безопасность, общие требования» - подразделяют на следующие категории:

Категория 1 – транспортная вибрация, воздействующая на оператора при работе самоходных и прицепных машин и транспортных средств при движении их по местности, причем оператор может в известных пределах регулировать воздействие вибрации.

Категория 2 – транспортно-технологическая с ограниченной подвижностью при перемещении их по специально подготовленным основаниям, оператор иногда может регулировать воздействие вибрации.

Категория 3а – технологическая вибрация, воздействующая на оператора на рабочих местах стационарных машин или передающаяся на рабочие места, не имеющие источников вибрации.

Категория 3б – вибрация на рабочих местах работников умственного труда и персонала, не занимающегося физическим трудом. К ней относятся рабочие места на промышленных кранах, у станков металло- и деревообрабатывающих, кузнечно-прессового оборудования, литейных машин и другого стационарного технологического оборудования.

Спектр периодического колебательного процесса является дискретным, а случайного или кратковременного процесса – непрерывным. При суммировании нескольких периодических и случайных процессов получается смещенный спектр, см. рис. 1.

Рис.1. Смещенный спектр вибрации

Непрерывный спектр вибрации разбирается на октавы. Среднегеометрическая частота октавы в октавных полосах частоты:

где f₁; f₂ – граничные частоты октавной полосы, нижняя и верхняя.

Параметры вибрации могут выражаться и третьоктавных полосах частот, тогда:

Среднегеометрические частоты октавных полос стандартизированы и составляют: 1; 2; 4; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500 и 1000Гц.

Т.к. абсолютные значения параметров, характеризующих вибрацию (V, а), изменяются в очень широких пределах, используются понятия их логарифмических уровней (дБ), стандартизированные и в международном масштабе.

Уровень вибрации определяется по формуле:

где V – среднеквадратическое значение виброскорости, м/с;

V₀ – опорная или пороговая виброскорость, м/с, численно равная 5*10^-8.

Уровень виброускорения – по формуле:

где а₀ – пороговое значение виброускорения, равное 3*10^-4 м/с².

Локальную вибрацию подразделяют также:

1. По источнику возникновения на:

— передающуюся от ручных машин с двигателем, ручного механизированного инструмента, органов ручного управления машин и оборудования;

— предающуюся от ручных инструментов (без двигателей), от обрабатываемых деталей;

2. По временной характеристике различают:

— постоянную, для который контролируемый параметр виброскорости (V, м/с) за время наблюдения (1 мин) изменяется не более чем в 2 раза (уровень виброскорости - на 6 дБ);

— непостоянную, подразделяющуюся в свою очередь на:

· колеблющуюся во времени;

· прерывистую;

· импульсную (с длительностью воздействия менее 1с).

3. По характеру спектра вибрации подразделяются на:

— узкополосные с превышением значений в смежных третьоктавных полосах частот более, чем на 1,5 дБ;

— широкополосную;

— низкочастотную (8; 16Гц - локальная, 1-4Гц – общая);

— среднечастотную (31,5; 63Гц – локальная, 8 и 16Гц – общая);

— высокочастотную (125, 250, 500 и 1000Гц – локальная, 31, 5, 63Гц – общая).

Выраженность ответных реакций организма человека на действие вибрации определяется не только энергией воздействия, но и свойствами человеческого тела как сложной колебательной системы. При появлении частот более 0,7 Гц возможны резонансные колебания в органах человека. Резонансные частоты тела человека - 6-9 Гц, в том числе для головы - 6 Гц, для желудка- 8 Гц, для других органов в пределах 25 Гц. Для глазных яблок, в результате чего возникают расстройства зрительного восприятия, неблагоприятны частоты 60-90 Гц. Резонанс может повредить и даже оторвать органы.

Низкочастотные колебания 1-100 Гц - толчки и тряска - при ускорении 10мм/с неощутимы, 1000 мм/с - вредны, а 4000 мм/с - непереносимы.

В целом действие вибрации на организм человека зависит от частоты и амплитуды колебаний, продолжительности воздействия (дозы), места приложения и направления оси воздействия, демпфирующих свойств тканей, явлений резонанса, сопутствующих факторов условий труда, в частности, микроклимата. Результатом воздействия вибрации на человеческий организм является развитие вибрационной болезни, профессионального заболевания, занимающего второе место в профпатологии после пылевых заболеваний. Лица, подвергающиеся воздействию вибрации, чаще болеют сердечно-сосудистыми, нервными и другими общесоматическими заболеваниями.

При действии на организм общей вибрации страдает в первую очередь нервная система и анализаторы: вестибулярный, зрительный, тактильный. Отмечается вестибуловегетативная неустойчивость (головокружение, расстройства координации движений, симптомы укачивания), нарушение зрительной функции (сужение и выпадение отдельных участков полей зрения), снижение тактильной, болевой и вибрационной чувствительности, влияние на обменные процессы. При воздействии низкочастотной вибрации и толчков (1-8 Гц) характерны изменения в пояснично-крестцовом отделе позвоночника, жалобы на отсутствие аппетита, бессонницу, раздражительность, утомляемость, боли в области поясницы, желудке, конечностях. В целом это тоже вегетососудистые расстройства с периферическими нарушениями.

При действии на работающие конечности – руки - локальной вибрации (диапазон частот 35-250 Гц) поражения локализуются, главным образом, в конечностях. Механизм их появления связан со спазмом кровеносных сосудов кисти, предплечья, захватывая и сосуды сердца. Одновременно колебания действуют на нервную, мышечную и костную ткань. Проявлениями болезни являются парестезии (нарушения кожной чувствительности), похолодание конечностей, ломящие и тянущие боли, снижение мышечной силы, деформация и уменьшение подвижности суставов, остеопороз (пористость и ломкость костей) или костные разрастания.

В развитии болезненных проявлений имеет значение время непрерывного контакта и суммарное время воздействия за смену.

Усугубляют вредное воздействие вибрации на организм чрезмерные мышечные нагрузки, понижение температуры воздуха (тоже вызывает спазмы сосудов), шум, психоэмоциональный стресс. Вибрационная болезнь 3-й и 4-й стадии плохо поддаются лечению и инвалидизирует человека.

Санитарно-гигиеническое нормирование вибрации приведено в ГОСТ 12.1.012-90. ССБТ. '' Вибрационная безопасность. Общие требования''. и СанПиН 2.2.4/2.1.8.556-96 '' Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий''. Нормативные документы устанавливают классификацию вибраций, методы гигиенической оценки, нормируемые параметры и их допустимые значения, режимы труда и отдыха лиц виброопасных профессий (локальная вибрация) требования к обеспечению вибробезопасности и вибрационным характеристикам машин.

Нормируемыми параметрами являются среднеквадратичные значения виброскорости (V, м/с), виброускорения (а, м/с²) или их логарифмические уровни (дБ).

Для общей вибрации эти величины устанавливаются в октавных полосах частот со среднегеометрическим значениями 2, 4, 8, 32, 63 Гц (для транспортных вибраций добавляется полоса 1Гц). Для локальной вибрации – 16, 32, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц. Нормы установлены для продолжительности смены 8 часов (480 мин).

Допускается интегральная оценка вибрации во всем частотном диапазоне, а также оценка по дозе с учетом времени воздействия. При регулярных перерывах во времени воздействия вибрации допустимые значения уровней вибрации корректируются (до 12дБ при длительности перерыва 40 мин в час).

Допустимое значение виброскорости в зависимости от длительности воздействия определяется по формуле:

где V₄₈₀ - допускаемое значение нормируемой виброскорости для длительности воздействия вибрации – 480мин.

t – фактическое время воздействия вибрации.

Максимальное значение V₁ для локальной вибрации не должно превышать значений, определяемых для t=30мин, а для общей – при t=10мин.

Предельно допустимые параметры вибраций (извлечение из ГОСТ),

приведены в таблице 1

Таблица 1

Вид вибрации, характер производственного помещения	Допустимый уровень виброскорости (дБ), в октавных полосах со среднегеометрическими частотами (Гц) при воздействии 480мин
					31,5
Общая транспортная вертикальная								-	-	-	-
Общая транспортная горизонтальная								-	-	-	-
Транспортно-технологическая	-							-	-	-	-
Технологическая	-							-	-	-	-
В производственных помещениях, где нет машин, генерирующих вибрацию	-							-	-	-	-
В служебных помещениях, здравпунктах, конструкторских бюро, лабораториях	-							-	-	-	-
Локальная	-	-	-

Измеряют вибрацию в соответствии с требованиями стандарта СТ СЭВ-931-78 «Вибрация» с помощью отечественных приборов ВШВ-3М2 и ВИП-2 и импортных фирм «Robotron» (виброметр М-13000 с октавными и третьоктавными фильтрами) и «Брюль и Къер» (шумомер 2231 модель 4322).

Наибольшее распространение при измерениях получили щуп и различные датчики: индукционные, электромагнитные и пьезоэлектрические.

Методы и средства коллективной защиты от вибраций разделяют на 2 группы:

Первая группа предусматривает защиту работающего при контакте с вибрирующим объектом.

Вторая группа предусматривает защиту работающего путем исключения контакта с вибрирующим объектом. Это дистанционное управление, автоматический контроль и сигнализация, ограждение опасных зон.

Методы первой группы подразделяются на три вида мероприятий:

— воздействие на источник возбуждения вибраций;

— защита от вибраций на пути их распространения;

— защита с помощью СИЗ.

Воздействие на источник возбуждения вибраций достигается с помощью:

— динамического уравновешивания;

— антифазной синхронизации (отстройка от резонанса);

— изменение конструкции источника.

Защита от вибраций на путях распространения достигается с помощью средств:

— виброизоляции машин или рабочих мест;

— виброгашения, в т.ч. динамического;

— вибродемпфирования.

Основным показателем, определяющим качество любого вида виброзащиты, является коэффициент эффективности виброзащиты. Коэффициент передачи К_П или μ, представляющий собой отношение скорости (ускорения) защищаемого объекта после устройства виброзащиты (V₀, а₀) к значению до введения виброзащиты (V, а):

μ= V₀/ V= а₀/ а, т.е. показывающий, какая доля динамической силы, возбуждаемой машиной F, передается на основание: μ= F₀/ F.

При гармонических колебаниях:

где f – частота вынужденных колебаний установки, Гц;

f₀ – частота собственных колебаний виброизолируемой установки, Гц.

Чем ниже собственная частота (f₀) по сравнению с частотой вынужденной силы (f), тем выше эффективность виброзащиты, в частности виброизоляции. При f=f₀ наступает резонанс, сопровождающийся резким возрастанием уровня вибраций (см. рис. 2).

Виброизоляция это метод защиты от вибраций введением в колебательную систему дополнительной упругой связи, препятствующей передаче вибраций от машины к основанию или другим элементам конструкций. Или же для ослабления передачи вибраций от вибрирующего основания человеку (т.н. пассивная виброизоляция рабочих мест).

Виброизоляция достигается установкой оборудования без фундаментов и анкерного крепления агрегатов непосредственно на упругих виброизолирующих опорах. Это удешевляет установку оборудования, снижает уровень шума, сопутствующего интенсивным вибрациям. Виброизолирующие опоры могут применяться и при наличии фундаментов: либо между агрегатом – источником вибрации и фундаментом, либо между фундаментом и грунтом.

Конструктивно могут быть использованы опорный вариант, подвесные стержни, подвесной вариант с шарнирным стержнем.

Для исключения передачи вибрации от фундаментов оборудования на сооружение устанавливают плавающие полы под вентиляционные камеры, а также акустические щели с прослойками из воздуха.

Виброизоляция предусматривается при прокладке воздуховодов вентиляционных систем внутри строительных конструкций и при креплении к последним. Для ограничения распространения колебаний по воздуховодам практикуется их разделение на отдельные участки с помощью гибких вставок.

В качестве виброизоляторов используются резиновые или пластмассовые прокладки, одиночные или составные цилиндрические пружины, комбинированные (пружинно-резиновые), стандартные изоляторы и пневматические виброизоляторы («воздушные подушки»)

Виброизоляция эффективна при f / f₀ > √2=1,44. Система становится оптимальной при f / f₀ = 3…4. Тогда μ =1/8…1/15 (0,125…0,066).

Для уменьшения вертикального направленных колебаний рекомендуется принимать μ= 0,025…0,02. Резиновые виброизоляторы имеют μ =1/5…1/20, пружинные – μ =1/40…1/60.

Резиновые виброизоляторы более эффективны для высоких частот, пружинные – как на низких, так и на высоких частотах. Эффективность виброизоляции определяют по формуле:

Виброизоляция предусматривается также в конструкциях ручного механизированного инструмента.

Рис. 2. Зависимость коэффициента передачи от f / f₀ для оценки эффективности виброизоляции: а – при использовании стальных пружинных виброизоляторов; б – при использовании резиновых виброизоляторов; в – область виброизоляции (заштриховано).

Виброгашение связано с введением в колебательную систему реактивных сопротивлений, что достигается увеличением массы или жесткости. С этой целью виброопасное оборудование, а также вентиляторы, насосы устанавливаются на опорные плиты и виброгасящие основания. Расчет фундаментов с увеличением эффективной жесткости ведется в соответствии с ГОСТ 12.4.093-80. Определение амплитуд вынужденных и собственных колебаний опорных плит и фундаментов производят в соответствии с указаниями СНиП II-19-79. (а<0,01…0,2 и даже 0,05мм). обычно масса фундамента в 3-4 раза превышает массу устанавливаемого на нем оборудования.

Динамические виброгасители представляют собой дополнительную колебательную систему, характеризуемую массой m и жесткостью q. Ее собственная частота должна быть настроена на основную гармонику агрегата f₀.

Необходимо выполнить условие:

Виброгасители по принципу действия подразделяются на:

— динамические (пружинные, маятниковые, эксцентриковые);

— ударные (маятниковые, пружинные, плавающие).

Виброгаситель динамического типа (см. рис. 3) жестко крепится на агрегате, возбуждаемые в нем колебания находятся в противофазе с колебаниями агрегата. Эффективен при резонансном режиме.

Ударные вибросистемы действуют по принципу перехода кинетической энергии в энергию деформации, рассеивающуюся под действием сил трения.

Вибродемпфирование (вибропоглощение) –это процесс снижения вибрации путем превращения энергии механических колебаний в другие виды: тепловую, электрическую, электромагнитную.

В основу данного метода положено увеличение активных потерь в колебательных системах путем:

1) использования вибродемфилирующих мягких или жестких покрытий с толщиной равной 2-3 толщины защищаемой стенки для снижения вибраций, распространяющихся, например, по воздуховодам систем вентиляции, а также газопроводам компрессорных станций. К числу наиболее распространенных вибродемфилирующих покрытий относятся мастичные (мастика ВД, ВПМ, Антивибрит-М) и листовые (пенопласт, войлок, винипор, фольгоизол) материалы, а также – смазочные материалы;

2) изготовления конструкций материалов с большими внутренними потерями. К таким материалам относятся сплавы Cu-Ni, Ni-Ti, Ni-Co, сплавы марганца с содержанием 15-20% меди, пластмассы, дерево, твердая резина;

3) использование контактного трения двух материалов;

4) соединения элементов конструкций мягкой обмоткой.

Организационные мероприятия (защита временем).

Для работы с вибрирующим оборудованием рекомендуется специальный режим труда. Так, при работе с ручными материалами с m<10кг, F<196Н устанавливается предельная продолжительность контакта с источником вибрации (не более 2/3 смены, 20…30 минутные перерывы до и после обеда, продолжительностью не менее 40 мин), тепловые процедуры для конечностей, массаж, гимнастика, обязательные периодические медицинские осмотры, витаминопрофилактика, спецпитание.

Температура воздуха должна быть не ниже +16⁰С, влажность – 40…60%, скорость движения воздуха – 0,3 м/с, т.к. холод усугубляет эффект воздействия вибрации.

Основанием для такого режима труда, является приложение 2 к СанПиН 2.2.2-540-96 «Гигиенические требования к ручным инструментам и организации работ».

При работе с вибрирующим оборудованием в рабочий цикл рекомендуется включать операции, не связанные с воздействием вибрации. При обнаружении признаков виброболезни рабочего до решения МСЭК необходимо перевести на другую работу, не связанную с вибрацией, значительным мышечным напряжением и с охлаждением рук.

Средства индивидуальной защиты (СИЗ) от вибраций:

— перчатки, рукавицы, вкладыши, прокладки по ГОСТ 12.4.010-75 «Средства индивидуальной защиты рук от вибрации. Общие технические требования». Зимой выдаются теплые рукавицы;

— спецобувь в виде сапог, полусапог, полуботинок с упругодемпфилирующим низом (для защиты от действия общей вибрации) по ГОСТ 12.4.024-76 «Обувь специальная виброзащитная».

Дата добавления: 2015-07-07