Вибрация. Методы и меры борьбы

Казахский Национальный Университет

 имени  С.Д.Асфендиярова 
 

Кафедра: Гигиены труда 
 
 

СРС

На тему: Вибрация. Методы и меры борьбы.  
 
 
 

Подготовила:Беремкулова  Дина

                                                                                                                Факультет:О З

                                                             Курс:5

                                                                       Группа:507

                                                                                                       Проверила: Нуршабекова А.Б. 
 

Оглавление

Введение………………………………………………………………………...

Глава 1. Вибрация на производстве и основные методы защиты………

1.1. Общие  сведения о колебаниях и вибрации  как механических

явлениях……………………………………………………………………..

1.2. Физические  и гигиенические характеристики  вибрации………………...

1.3. Виды  вибраций и воздействие на  человека……………………………….

1.4. Нормирование  производственных вибраций……………………………..

1.5. Методы  снижения вибраций……………………………………………….

1.6. Средства  индивидуальной защиты от вибрации...………………………

Литература…………………………………………………………………….. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

Внедрение нового и модернизация существующего  оборудования, уве-

личение производительности труда и, как следствие этого, рост мощности и

быстроходности  машин и механизмов часто сопровождается ухудшением

условий труда на производстве – значительным повышением уровня вибра-

ции и шума на рабочих местах.

Вибрация  и шум, являясь общебиологическими раздражителями, влияют

на все  системы организма человека, вызывают преждевременное утомление

у работающих, снижают работоспособность и производительность труда,

способствуют  при длительном воздействии развитию тяжелых профессио-

нальных заболеваний – вибрационной болезни и профессиональной туго-

ухости. Поэтому вопросам борьбы с вибрацией и шумом на производстве

придается огромное значение.

Глава 1. ВИБРАЦИЯ НА ПРОИЗВОДСТВЕ И ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ

ЗАЩИТЫ

1.1. Общие сведения  о колебаниях и  вибрации как механических  явле-

ниях

В процессе своей жизнедеятельности человек  постоянно сталкивается с

колебательными  процессами различной физической природы. Это могут

быть  колебания: механические, тепловые, и  т.д. Общее понятие «колеба-

ние» можно сформулировать следующим образом:

колебания – это процесс, характеризующий некоторое изменение состояния,

т.е. изменение  во времени величин, определяющих это  состояние. Процесс

колебаний состоит в том, что некая величина, связанная с рассматриваемым

объектом, во времени поочередно, то возрастает, то убывает.

Механические  колебания – процесс изменения какой-либо механической

величины (числа), определяющей положения материального  тела или его

точки, при котором эта величина или величина, характеризующая скорость

её изменения, поочерёдно, то возрастает, то убывает  во времени.

Вибрация  – процесс механических колебаний и только механических. Но

не всякие механические колебания принято  называть вибрацией.

Для вибрации присущи следующие признаки:

- относительно  малые отклонения тела или  его точек по отношению к

характерным размерам тела;

- вибрации  подвержены упругие тела и  тела, находящиеся в поле дейст-

вия переменных электромагнитных сил.

В соответствии с ГОСТ 24346-80 «Вибрация. Термины и  определения»

под вибрацией понимается движение точки или механической системы, при

котором происходит поочередное возрастание и убывание во времени зна-

чений, по крайней мере, одной координаты.

Источники вибрации. Потенциально вибрация непроизвольно закла-

дывается ещё на стадии проектирования и конструирования, а затем при из-

готовлении и монтаже машин и механизмов. Выпускаемые машинострои-

тельной промышленностью мощные и высокоскоростные механизмы, обо-

рудование и инструменты являются источниками, генерирующими вибра-

цию. Источниками вибрации могут быть станки оптического производства,

механической  обработки, роботы, роботизированные линии  сборки и т.п.

Причина возбуждения вибраций при работе машин и механизмов – не-

уравновешенные  силовые воздействия. Это возвратно-поступательные сис-

темы, вращающиеся  массы, где не совпадают центр  массы и ось вращения и

т.п. Причиной распространения вибраций и передаче их человеку могут

быть:

а) недочеты в устройстве виброизоляции оснований  и фундаментов от

вибрирующего  оборудования;

б) чрезмерная жесткость металлоконструкций, жесткое  крепление пло-

щадок, сидений, органов управления оборудованием и коммуникаций.

1.2. Физические и гигиенические  характеристики вибрации

Основными параметрами вибрации в случае синусоидальных колебаний

являются:

- амплитуда  виброперемещения xm , мм;

- амплитуда  виброскорости Vm , мм/с;

- амплитуда  виброускорения Am , мм/с2;

- частота  вынужденных колебаний f , Гц.

Основные  гигиенические характеристики вибрации. В силу специ-

фических свойств органов чувств человека определяющими являются дей-

ствующие значения параметров вибрации. Так, действующее значение виб-

роскорости Д V есть среднее квадратичное мгновенных значений скорости

V(t) за время усреднения у Т :

= ∫

+ у

2

у

Д

1 t Т

t

V (t)dt

T

V . (1)

При оценке воздействия вибрации непрерывного спектра частот следует

оговорить ширину частотной полосы Δ f . Ширина элементарных частотных

полос Δ f = f2 – f1, где f1 – нижняя граничная частота полосы; f2 – верх-

няя граничная частота.

Для характеристики частотной полосы в целом берется  среднегеометри____________-

ческая частота fС.Г. , определяемая выражением

f С.Г. f1 f 2 = ⋅ . (2)

В практике виброакустических исследований весь диапазон частот виб-

раций разбивается на октавные полосы (рис. 1). В октавной полосе верхняя

граничная частота вдвое больше нижней f2 / f1 = 2. Среднегеометрические

частоты октавных полос стандартизированы  и составляют: 1; 2; 4; 8; 16;

31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц.

Рис. 1. Октавные полосы и среднегеометрические частоты

Учитывая, что абсолютные значения параметров вибрации изменяются в

очень широких пределах, в практике виброакустических исследований ис-

пользуют  понятие логарифмического уровня параметра  колебаний L, кото-

рый измеряют в децибелах (дБ).

Логарифмический уровень виброскорости (дБ) определяют по формуле: 

=

0

Д

2

0

2

10lg 20lg

V

V

V

L V V , (3)

где 2 V – средний квадрат виброскорости берется в соответствующей полосе

частот  для определенной fС.Г. ; V0 – пороговое значение виброскорости, м/c,

равное 5·10-8 м/c, стандартизованное в международном масштабе.

Таким образом, основные гигиенические характеристики вибрации:

- среднее  квадратичное значение виброскорости Д V ;

- логарифмический  уровень виброскорости LV ;

- среднегеометрическая  частота октавной полосы fС.Г. .

При оценке суммарного воздействия вибраций разных частот спектры

уровней виброскорости являются основными характеристиками вибраций.

Снижение  уровня вибраций после проведения мероприятий  по их уменьше-

нию определяется как

ΔLV = LV1 – LV 2 ,

где LV1 – первоначальный уровень виброскорости; LV 2 – конечный, резуль-

тирующий  уровень виброскорости.

1.3. Виды вибраций  и воздействие  на человека

По характеру  воздействия различают общую  и локальную вибрации.

При общей вибрации происходит сотрясение всего организма. Общая

вибрация  с учетом свойств источника ее возникновения подразделяется на:

- транспортную (для транспортных рабочих, водителей и т.д.);

- транспортно - технологическую (для операторов прокатных станов,

сборочных конвейеров и т.д.);

- технологическую, которая возникает при работе стационарного техно-

логического оборудования и передается на рабочие  места, не имеющие ис-

точников вибрации (сюда можно отнести категорию лиц, занимающихся

умственным  трудом).

При локальной вибрации происходит сотрясение кистей рук, отдельных

частей  тела, например, при работе с ручным механизированным инструмен-

том (бурильщики, сверловщики, а также кузнецы  и т.д.).

Влияние вибрации на человека зависит от её спектрального состава, на-

правления, места подключения, продолжительности  воздействия. Детальная

классификация вредного влияния вибрации приведена  на схеме (рис. 2). 
 
 
 

 

Рис. 2. Классификация вредного влияния  вибрации на человека

Тело  человека, рассматриваемое как вязкоупругая механическая систе-

ма, обладает собственными частотами с достаточно выраженными резо-

нансными свойствами. Резонансные частоты тела человека: глаза 12 – 27 Гц,

грудная клетка 2 – 12 Гц, ноги и руки 2 – 8 Гц, голова 8 – 27 Гц, позвоноч-

ник 4 – 14 Гц.

При значительных уровнях вибрации в диапазоне  частот 4 – 10 Гц чело-

век может  испытывать болевые ощущения и дискомфорт вследствие резо-

нансных колебаний системы «грудь-живот». Резонансы головы вызывают

снижение  остроты зрения вследствие смещения изображения объекта отно-

сительно сетчатки глаза, а также вызывают возрастание ошибок оператора.

Особо опасны вибрации с частотой, совпадающей  с собственной часто-

той внутренних органов человеческого организма  – 6 – 9 Гц, могут вызвать

механическое  повреждение или даже разрыв этих органов.

Систематическое воздействие общей вибрации с  высоким уровнем виб-

роскорости может стать причиной профессионального заболевания – вибра-

ционной болезни (виброболезни). Её проявления – головные боли, голово-

кружение, нарушение сна, плохое самочувствие, пониженная работоспособ-

ность. Виброболезнь лечится медленно и лишь на ранних стадиях. Появле-

ние необратимых изменений в организме приводит к инвалидности.

Вероятность отсутствия виброболезни при различном  стаже работы на

виброопасном производстве представлена на рис. 3 
 

 
 

Рис. 3. Вероятность отсутствия виброболезни при различном

стаже работы на виброопасном производстве

1.4. Нормирование вибраций

Для исключения возможности возникновения виброболезни введено ги-

гиеническое и техническое нормирование вибраций. Нормируются пара-

метры вибрации в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.012 – 90 «ССБТ.

Вибрация. Общие требование безопасности», выписка  из которого пред-

ставлена в табл. 1. Нормируемыми параметрами общей и локальной вибра-

ции являются среднее квадратичное значение виброскорости Д V и логариф-

мический уровень виброскорости LV в каждой октавной полосе частот.

Нормы по ограничению общих вибраций (пола, оснований машин, сиде-

ний и т.п.) устанавливают предельно допустимые значения VД и LV в октав-

ных полосах частот со среднегеометрическими значениями 1; 2; 4; 8; 16;

31,5; 63 Гц, а нормы по ограничению локальной  вибрации – в октавных по-

лосах со среднегеометрическими частотами 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500;

1000; 2000 Гц.

Общая вибрация с частотой менее 1 Гц нормируется  по величине сме-

щения x в зависимости от значения основной частоты колебаний.

Указанные нормативы соответствуют непрерывному воздействию виб-

рации в течение рабочего дня.

1.5. Методы снижения  вибраций

Методы  борьбы с вибрацией базируются на исследованиях колебаний

реальных  механических систем или их физических моделей, а также на ана-

лизе уравнений, описывающих колебательный процесс в таких системах.

Моделирование и анализ механических систем сложны, поскольку рассмат-

риваются системы с многими степенями подвижности, обладающие __________рядом

резонансных частот. Поэтому нередко для исследований применяют прин-

цип аналогий, например, используют электромеханическую аналогию коле-

баний. Исследование электрических моделей вместо механических более

целесообразно в силу простоты их построения и  в тоже время механические

колебания и колебания в электрических  цепях (колебательном контуре)

описываются одними и теми же дифференциальными  уравнениями.

Итак, рассмотрим две системы: механическую и электрическую.

Механическая  система с одной степенью свободы, обладающая трени-

ем, представлена на рис. 4. При определении основных направлений борьбы

с вибрацией  следует ограничиться анализом уравнений  вынужденных коле-

баний такой системы. 
 

 
 

Рис. 4. Механическая система с одной  степенью свободы,

обладающая трением

Таблица 1

Гигиенические нормы вибрации, воздействующей на человека в производственных условиях

(для  некоторых видов вибрации). Фрагмент  из ГОСТ 12.1.012 – 90

Средние квадратичные значения виброскорости, м/с⋅10−2

Вид

вибрации

Направления, по которым

нормируется вибрация Логарифмические уровни виброскорости, дБ в октавных полосах

со среднегеометрическими  частотами, Гц

1 2 4 8 16 31,5 63

Вертикальная (по оси Z)

132

20

123

7.1

114

2.5

108

1.3

107

1.1

107

1.1

107

1.1

Общая вибрация

Транспортная

Горизонтальная (по осям

X и Y) 122

6.3

117

3.5

116

3.2

116

3.2

116

3.2

116

3.2

116

3.2

Транспортно-

технологическая

Вертикальная (по оси Z)

или горизонтальная

(по  осям X и Y)

117

3.5

108

1.3

102

0.63

101

0.56

101

0.56

101

0.56

В заводоуправлени-

ях, конструкторских

бюро, лабораториях,

уч. пунктах, вычис-

лительных центрах,

конторских помеще-

ниях, рабочих ком-

натах и др. помеще-

ниях для работников

умственного труда

Вертикальная (по оси Z)

или горизонтальная

(по осям X и  Y)

91

0.18

82

0.063

76

0.032

75

0.028

75

0.028

75

0.028

Для простоты анализа будем считать, что на систему воздействует пере-

менная возмущающая сила F, изменяющаяся по синусоидальному закону.

Уравнение колебаний в этом случае имеет  вид

j t

qx Fm

dt

m d x

dt

dx ω

2

2

μ + + = e , (4)

где m – масса системы, кг;

q – коэффициент жесткости, Н/м;

x – текущее значение вибросмещения, м;

dt

dx – текущее значение виброскорости, м/с;

2

2

dt

d x – текущее значение виброускорения, м/c2;

μ –  коэффициент сопротивления (трения), Н·с/м;

Fm – амплитуда вынуждающей силы, Н;

ω –  круговая частота вынуждающей силы, рад/с;

Сделав  подстановку V(t)

dt

dx = – текущее значение виброскорости, полу-

чим уравнение для механических колебаний:

+ + ∫  = j t