ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ВИБРАЦИЯ

Научно-технический прогресс в промышленности предопределяет широкое внедрение вибрационной техники, что объясняется высокой производительностью и значительной экономической эффективностью вибрационных машин. Производственная вибрация является одним из наиболее распространенных неблагоприятных факторов рабочей среды, в сфере влияния которой трудятся миллионы людей многих профессиональных групп.

Длительное воздействие вибрации высоких уровней на организм человека приводит к развитию преждевременного утомления, снижению производительности труда, росту заболеваемости и нередко к возникновению профессиональной патологии - вибрационной болезни, которая занимает одно из первых мест в структуре хронических профессиональных заболеваний.

Защита человека от неблагоприятного воздействия вибрации является одной из актуальных задач как в нашей стране, так и в других индустриально развитых странах.

Вибрация - это механическое колебательное движение системы с упругими связями.

Простейшей формой вибрации является гармоническое колебание, когда рассматриваемая точка конструкции смещается в заданном направлении от положения равновесия в зависимости от времени по синусоидальному закону. Время, в течение которого материальное тело совершает одно полное колебание, называют периодом колебаний. Число полных колебаний за единицу времени называют частотой колебаний. За единицу частоты принимают одно колебание в секунду - герц (Гц). Период (Т) и частота колебания (f) связаны между собой соотношением:

T = 1/f, отсюда f = 1/T.

Максимальное отклонение тела от положения устойчивого равновесия называется амплитудой (a). В гигиенической практике амплитуду принято измерять в линейных единицах (метрах или сантиметрах).

Вибрация как движение характеризуется скоростью и ускорением. Скорость (V) является первой производной смещения по времени. Максимальное значение скорости колебательного движения равно:

V_MAX = p2fa,

где V_MAX - максимальное значение скорости (м/сек); f - частота (Гц); a - амплитуда (см).

Ускорение (W) - вторая производная смещения по времени:

W = 4pf²a,

где W - ускорение вибрации (м/сек²); f - частота (Гц); a - амплитуда (см).

В производственных условиях синусоидальные вибрации встречаются редко. Возникающие в результате работы машин и оборудования сложные колебательные движения являются апериодическими или квазипериодическими, часто носят импульсный характер.

Относительные (логарифмические) уровни виброскорости и виброускорения, выраженные в децибелах, определяются по формулам:

L_V = 20lg(V/5*10^-8) дБ

L_W = 20lg(W/3*10^-1) дБ

В практике гигиенического нормирования за нулевой уровень колебательной скорости принимают величину 5*10^-8 м/с, соответствующую среднеквадратичной колебательной скорости при стандартном пороге звукового давления, равном 2*10^-5 Па. За нулевой уровень колебательного ускорения принимают величину 3*10^-4 м/с².

В механических системах передача вибрации осуществляется путем силовых взаимодействий. Для описания процесса взаимодействия колебательных систем вводится понятие механический импеданс (Z), который определяется как отношение колебательной силы (F) к результирующей колебательной скорости V, к точке приложения этой силы: Z = FV.

Колебательная скорость, равная 1*10^-4 м/с, улавливается человеком как порог восприятия, при скорости 1 м/с возникает болевое ощущение.

Вибрации по способу передачи на человека (в зависимости от характера-контакта с источником вибрации) условно подразделяются на: местную (локальную), передающуюся на руки работающего, и общую, передающуюся через опорные поверхности на тело человека в положении сидя (ягодицы) или стоя (подошвы ног). Общая вибрация в практике гигиенического нормирования обозначается как вибрация рабочих мест. В производственных условиях нередко имеет место сочетанное действие местной и общей вибрации.

В соответствии с действующими санитарными нормами производственные вибрации по своим физическим характеристикам имеют довольно сложную классификацию.

По характеру спектра вибрации подразделяются на узкополосные и широкополосные; по частотному составу – на низкочастотные с преобладанием максимальных уровней в октавных полосах 8 и 16 Гц, среднечастотные - 31,5 и 63 Гц, высокочастотные – 125, 250, 500 и 1000 Гц – для локальных вибраций; для вибрации рабочих мест - соответственно 1 и 4 Гц, 8 и 16 Гц, 31,5 и 63 Гц.

По временным характеристикам рассматривают вибрации: постоянные, для которых величина виброскорости изменяется не более чем в 2 раза (на 6 дБ) за время наблюдения не менее 1 мин; непостоянные, для которых величина виброскорости изменяется не менее чем в 2 раза (на 6 дБ) за время наблюдения не менее 1 мин.

Непостоянные вибрации в свою очередь подразделяются на колеблющиеся во времени, для которых уровень виброскорости непрерывно изменяется во времени; прерывистые, когда контакт оператора с вибрацией в процессе работы прерывается, причем длительность интервалов, в течение которых имеет место контакт, составляет более 1с; импульсные, состоящие из одного или нескольких вибрационных воздействий (например, ударов), каждый длительностью менее 1 с при частоте их следования менее 5, 6 Гц.

Источники вибрации

Производственными источниками локальной вибрации являются ручные механизированные машины ударного, ударно-вращательного и вращательного действия с пневматическим или электрическим приводом.

Инструменты ударного действия основаны на принципе вибрации. К ним относятся клепальные, рубильные, отбойные молотки, пневмотрамбовки.

Клепальные пневматические молотки находят наиболее широкое применение в самолетостроении; это, как правило, малогабаритные инструменты массой от 1,1 до 2,9' кг с числом ударов 1200 - 1800 в 1 мин. В других отраслях применяются более мощные клепальные молотки массой от 8. до 12 кг.

Рубильные молотки предназначены для обрубки отливок, зачистки сварных швов, чеканки, каменотесных и других работ. Серийно выпускаемые молотки имеют массу от 40 до 60 кг с числом ударов 1600 - 3500 в 1 мин.

Отбойные пневматические молотки применяются при добыче угля и некоторых других полезных ископаемых, в строительстве.

Ручные пневматические трамбовки находят применение в литейном производстве для уплотнения формовочной земли, на строительстве для уплотнения грунта и бетона и т. п. Стандартные инструменты выпускаются весом 11,5 кг с числом ударов 650 в 1 мин.

К машинам ударно-вращательного действия относятся пневматические и электрические перфораторы. Применяются в горнодобывающей промышленности, преимущественно при буровзрывном способе добычи. Это тяжелые инструменты весом от 20,0 до 31 - 34 кг с числом ударов от 1600 до 2600 в 1 мин.

К. ручным механизированным машинам вращательного действия относятся шлифовальные, сверлильные машины, электро- и бензомоторные пилы. Вибрация этих машин возникает как сопутствующий фактор в результате взаимодействия режущих инструментов (шлифовального круга, пилы и т. п.) с обрабатываемой поверхностью, а также дисбаланса вращающихся механизмов.

Шлифовальные машины являются наиболее распространенным производственным источником локальных вибраций. По объему выпуска и номенклатуре они занимают одно из первых мест в СССР и за рубежом среди всего парка ручных машин. Используются при выполнении шлифовальных, полировальных работ, зачистки отливок и сварных швов, доводке штампов и пресс-форм и других работах.

Масса наиболее распространенных инструментов колеблется в пределах от 0,5 до 6 кг, скорость вращения от 3 до 10 тыс. оборотов в 1 мин и более.

Из сверлильных инструментов наибольшей виброопасностью обладают горные пневматические и электрические сверла, предназначенные для бурения шпуров и скважин при добыче полезных ископаемых. Масса инструментов со штангой от 12 до 30 кг, скорость вращения шпинделя от 300 до 900 оборотов в 1 мин.

Электро- и бензомоторные пилы применяются на лесозаготовках. Масса электропил от 7 до 9,5 кг, бензопил – 12 - 12,5 кг, число оборотов 4200 - 1200 в 1 мин. Бензомоторные пилы генерируют в процессе работы более интенсивную вибрацию, чем электрические.

К виброопасным ручным инструментам относятся также гайковерты, используемые на сборочных работах в машиностроении и ручные (электрические и пневматические) глубинные и поверхностные вибраторы для уплотнения бетонных смесей.

Помимо ручных механизированных машин, локальная вибрация имеет место при точильных, наждачных (зачистка мелкого литья), шлифовальных полировальных работах, выполняемых на стационарных станках с ручной подачей изделий; при работе ручными инструментами без двигателей, например рихтовочные работы. Наконец, к возможным источникам локальной вибрации относятся органы ручного управления машинами и оборудованием.

Вибрация, воздействующая на человека-оператора в процессе взаимодействия с ручными машинами и оборудованием, охватывает широкий диапазон частот - от нескольких герц до 2000 Гц и выше.

Ручные виброопасные машины генерируют вибрацию, уровни колебательной скорости которой зачастую значительно превышают допустимые нормами величины. Пневмотрамбовки, гайковерты, горные сверла создают вибрацию с высокими уровнями в области низких (8 - 32 Гц) частот. Максимальные уровни колебательной скорости пневматических отбойных молотков, бурильных перфораторов с числом ударов до 2000 в 1 мин чаще лежат в широкой области низких, средних и отчасти высоких частот (32 – 63 - 125 Гц).

Для пневматических рубильных, клепальных молотков, бурильных перфораторов с числом ударов свыше 2000 в 1 мин, ручных вибраторов для уплотнения бетона максимум колебательной скорости падает на средне- и высокочастотные области спектра. Вибрация бензомоторных пил характеризуется высокими уровнями в области средних и особенно высоких частот (октава 125 Гц).

У пневматических шлифовальных машин в зависимости от числа оборотов шпинделя в минуту наибольшие интенсивности вибрации расположены в октавных полосах 125, 250, 500 и более Гц. Вибрация пневматических шлифовальных машин характеризуется большим перепадом интенсивностей на отдельных октавных полосах частот. При работах, выполняемых на стационарных станках с ручной подачей изделий, наиболее высокие уровни виброскорости наблюдаются при точильных, минимальные - при полировальных операциях.

Рис. 9. Спектры вибрации пневматических инструментов.

1 - рубильный молоток; 2 - трамбовка; 3 - шлифовальная машина.

Уровни колебательной скорости в различных полосах среднегеометрических частот спектра имеют большую вариабельность. Причинами повышения уровней колебательной скорости являются: снижение величины осевого усилия подачи; изменения физико-химических свойств обрабатываемого изделия; увеличение давления сжатого воздуха в сети; увеличение длины вставного инструмента для рубильных молотков, диаметра заклепки для клепальных молотков, длины буровой штанги и степени ее искривления для перфораторов и горных сверл; удлинение оправки и увеличение диаметра абразивного крута для шлифовальных машин; неуравновешенность вращающихся частей и узлов машины. Величина вибрации возрастает при изношенности и неисправности машин.

Вышеуказанные факторы и обусловливают значительный разброс спектральных составляющих вибраций машин.

Неблагоприятным с гигиенической точки зрения моментом является близость основных частот ряда ручных машин к собственным частотам колебаний тела человека и отдельных органов.

Типичные спектры вибрации различных видов механизированных инструментов представлены на рис. 9.

Общая вибрация (вибрация рабочих мест) по источнику возникновения подразделяется на транспортную, транспортно-технологическую и технологическую.

Необходимо иметь в виду, что водители транспортных машин (тракторов, самоходной сельскохозяйственной техники, грузового автотранспорта, землеройных машин и др.), а также операторы транспортно-технологического оборудования (экскаваторов, подъемных кранов, горнодобывающих машин, бетоноукладчиков и др.) подвергаются действию общей и местной вибрации. На рабочее место передается низкочастотная толчкообразная вибрация беспорядочного характера, возникающая в процессе передвижения машин по неровной поверхности или работы подвижных частей механизмов. Кроме того, на рабочее место водителя, в том числе и на органы управления, передается вибрация, возникающая в результате работы двигателя и трансмиссии. Эта вибрация имеет средне высокочастотный спектральный состав и может превышать нормативные уровни.

Среди источников технологических вибраций основное место занимает оборудование, действие которого основано на использовании вибрации и ударов (виброплатформы, вибростенды, молоты, штампы, прессы и т. д.) и мощные энергетические установки (компрессоры, насосы, вентиляторы, некоторые металлообрабатывающие станки и др.).

Сопутствующие факторы. К факторам производственной среды, усугубляющим вредное воздействие вибрации на организм, относятся чрезмерные мышечные нагрузки, шум высокой интенсивности, неблагоприятные микроклиматические условия.

Чрезмерные мышечные нагрузки связаны с необходимостью удержания подчас довольно тяжелого вибрирующего инструмента и развития необходимого рабочего усилия. Так, при клепке малогабаритными клепальными молотками осевые усилия нажима лежат в пределах 100 – 150 Н; при работе рубильными молотками осевое усилие во время рабочей операции доходит до 300 Н, отбойными - 400, бурильными - свыше 300 Н и т. д.

В ряде случаев операторы ручных машин прижимное усилие осуществляют не только руками, но и другими частями тела. Так, например, при работе горными сверлами по твердым углям необходимые усилия достигаются при наличии упора или нажатия на сверло ногами, спиной и другими участками тела, а при бурении нисходящих шпуров, когда машина находится у ног бурильщика, значительные усилия (до 600 Н) осуществляются с помощью веса туловища.

Основные причины шума, генерируемого при работе виброопасных машин, следующие: расширение сжатого воздуха, выбрасываемого из выхлопных отверстий пневматических машин; соударение металлических деталей вставного инструмента; удары инструмента по обрабатываемому изделию; физические свойства обрабатываемого изделия и др.

Значительный шум с уровнем 100 - 120 дБ возникает при обработке металла пневматическими рубильными и клепальными молотками. Наибольший шум создается при обработке пустотелых и тонкостенных изделий в авиа- и судостроении.

Шум, генерируемый отбойными пневматическими молотками при проходческих работах (92 - 101 дБ), превышает санитарные нормы. Основная энергия приходится на средне- и высокочастотную область спектра.

При работе пневматических бурильных перфораторов, горных сверл шум широкополосный с уровнем 107 - 119 дБ.

Высокочастотный шум пневматических шлифовальных машин (90 - 100 дБ) складывается из аэродинамического и механического. Наиболее неблагоприятное гигиеническое воздействие оказывает аэродинамический шум. Вследствие непосредственного выхлопа отработавшего воздуха в атмосферу интенсивность шума у многих ручных машин превышает допустимые санитарными нормами уровни звукового давления в высокочастотной области спектра (1000 - 8000 Гц).

Сочетанное действие вибрации и шума способствует более ранним поражениям как органа слуха, так и других систем организма.

Метеорологические условия. При работе пневматическими ручными машинами наблюдается охлаждение рук отработанным воздухом и при соприкосновении с холодным металлом корпуса. Неблагоприятные метеорологические условия могут иметь место в больших литейных и обрубных цехах, на стапелях и в забоях. В ряде сборочно-сварочных цехов судостроительных заводов температура в зимнее время колеблется в пределах 4 - 9 °С при влажности до 68%, а в летнее время на юге страны она выше наружной и составляет 28 - 30 °С. В литейных цехах наименьшая температура 16 - 18 °С, а летом на юге в этих цехах она может достигать 30 - 40 °С.

Особенно сказываются неблагоприятные климатические условия Крайнего Севера, Дальнего Востока и др. Это относится к работам в карьерах, на открытых горных выработках, при распиловке леса, где имеется значительное охлаждение, при переработке древесины и других работах.

Поиск по сайту: