Вибрация – это колебания любой упругой среды. Колебаниями называются движения, обладающие той или иной степенью повторяемости во времени. В соответствии с ГОСТ 24346-80 "Вибрация. Термины и определения" под вибрацией понимают движение точки или механической системы, при котором происходит поочередное возрастание и убывание во времени значений, по крайней мере, одной координаты.
Основными параметрами вибрации, происходящей по синусоидальному закону (описывающему гармонические колебания) являются амплитуда перемещения А, м, и частота f, Гц (рис. 1).
Рис. 1. Основные параметры вибрации
Синусоидальный закон определен формулой:
. (1)
Величина А, равная максимальному абсолютному значению Х, называется амплитудой колебания. Выражение определяет значение Х в данный момент времени t и называется фазой колебания, где – начальная фаза. Величина w называется циклической или круговой частотой:
, (2)
где – период колебания, с.
Волнами называют процесс распространения любого вида возмущения, т.е. изменения состояния. Скорость перемещения возмущения в пространстве называется скоростью волны. При распространении механических волн частицы среды совершают колебательные движения относительно некоторых положений, являющихся положением равновесия. Скорость колебательного движения частиц среды называется колебательной скоростью или виброскоростью , м×с–1, определяемой по формуле:
.(3)
Виброускорение а, м×с–2, соответственно равно:
. (4)
Учитывая, что абсолютные значения виброскорости и виброускорения изменяются в очень широких пределах, в практике виброакустических исследований используют их логарифмические уровни , , дБ:
, (5)
, (6)
где – среднее квадратическое значение виброскорости, м×с–1;
= 5×10–8 м×с–1 – пороговое значение виброскорости;
– среднее квадратическое значение виброускорения, м×с–2;
= 10-6 м×с–2 – пороговое значение виброускорения.
Классификация вибрации, воздействующей на человека–оператора (ГОСТ 12.1.012 – 90)
1. По способу передачи на человека различают общую и локальную вибрации.
Общая вибрация передается через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека.
Локальная вибрация передается через руки человека.
Вибрация, воздействующая на ноги сидящего человека и на предплечья, контактирующие с вибрирующими поверхностями рабочих столов, может быть отнесена к локальной вибрации.
2. По направлению действия вибрацию подразделяют в соответствии с направлением осей ортогональной системы координат (рис. 2).
Для общей вибрации ось Z0 – вертикальная, перпендикулярная к опорной поверхности, ось X0 – горизонтальная от спины к груди, ось Y0 – горизонтальная от правого плеча к левому.
Для локальной вибрации ось Хл совпадает или параллельна оси места охвата источника вибрации (рукоятки, рулевого колеса, рычага управления, обрабатываемого изделия, удерживаемого в руках). Ось Zл лежит в плоскости, образованной осью Хл в направлении подачи или приложения силы, и направлена вдоль оси предплечья. Ось Yл направлена от ладони.
3. Общая вибрация в зависимости от источника возникновения (вида оборудования) подразделяется на следующие категории (табл. П.2):
1 – транспортная;
2 – транспортно-технологическая;
3 тип "а" – технологическая, создаваемая стационарным оборудованием;
3 тип "б" – технологическая в производственных помещениях, где нет генерирующих вибрацию машин (примечание к табл. П.2);
3 тип "в" – технологическая на рабочих местах работников умственного труда.
Рис. 2. Направление координатных осей при действии вибрации: а) – общая вибрация; б) – локальная вибрация
4. По временной характеристике различаются:
· постоянная вибрация: для которой спектральные или корректированные по частоте значения виброскорости или виброускорения за время наблюдения изменяются не более чем в 2 раза (уровни Lv, La – не более чем на 6 дБ);
· непостоянная вибрация: для которой эти параметры за время наблюдения изменяются более чем в 2 раза (уровни Lv, La – более чем на 6 дБ).
Спектральные параметры – это параметры вибрации в октавных и 1/3-октавных полосах частот; корректированные по частоте – общие одночисловые параметры вибрации для всего диапазона частот, создаваемого источником вибрации.
Влияние вибрации на организм человека
Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов, которые начинаются с концевых фаланг пальцев и распространяются на всю кисть, предплечье, захватывают сосуды сердца. Вследствие этого происходит ухудшение снабжения конечностей кровью. Одновременно наблюдается воздействие вибрации на нервные окончания, мышечные и костные ткани, выражающееся в понижении болевой, вибрационной, температурной и тактильной чувствительности кожи, окостенении сухожилий мышц и отложении солей в суставах кистей рук и пальцев, что приводит к болям, деформациям и уменьшению подвижности суставов. Вибрационная болезнь, вызванная воздействием локальной вибрации, может развиться при неблагоприятных условиях уже через несколько месяцев после начала работы.
При вибрационной болезни, связанной с воздействием общей вибрации, работающие жалуются на головные боли, ощущение шума и тяжести в голове, головокружение, слабость, быструю утомляемость, раздражительность, плохой сон, потерю аппетита, тошноту, склонность к обморочным состояниям.
При выраженных случаях заболевания возможны повышение температуры тела, вестибулярные нарушения, расстройство центральной нервной системы, резкое исхудание, облысение, повышение желудочной секреции, лейкоцитоз, тенденция к лимфоцитозу, нарушение основного, углеводного, жирового и водного обмена. Могут иметь место микросимптомы очагового поражения больших полушарий мозга, стволового отдела и спинного мозга, изменения со стороны нервной периферической системы и опорно-двигательного аппарата.
Очень опасно совпадение частоты вынужденных колебаний с частотой собственных колебаний организма человека (4-30 Гц), что может привести к резонансному явлению и механическому повреждению некоторых органов.