Действие вибрации на организм человека

Лекция. Защита от производственной вибрации

Общие сведения о вибрации

Вибрация – это механические колебания машин и механизмов, которые характеризуются такими параметрами, как частота (Гц), амплитуда (м), колебательная скорость (м/с), колебательное ускорение (м/с ²).

Порождают вибрацию неуравновешенные силовые воздействия, возникающие, например, при работе возвратно-поступательных систем; вращении неуравновешенных масс; биении зубчатых передач; децентровке валов, муфт, подшипников; пульсации жидкостей и газов в полостях машин и трубопроводов и т. п.

При создании, производстве и эксплуатации машин исходят из предпосылок, что вибрация является вредным фактором и для самой машины – ее источника, и для человека-оператора, а также окружающей среды, строительных конструкций, сооружений. Она значительно ускоряет износ деталей машин, в подавляющем большинстве случаев служит основной причиной их поломок, аварий; снижает технико-эксплуатационные характеристики машин. Вибрация машин и агрегатов, которая передается обслуживающему персоналу, всегда выступает как вредный фактор.

По характеру изменения во времени вибрации можно разделить на три группы: детерминированные (регулярные), случайные и импульсные (ударные).

В условиях производства вибрации обычно представляют собой детерминированные полигармонические колебания, либо сумму детерминированных и случайных колебаний.

Колебания подразделяются на свободные и вынужденные. Важнейшей характеристикой свободных колебаний является собственная угловая частота колебаний w_С, рад/с, определяемая по формуле

, (7.1)

где С – коэффициент жесткости системы, Н/м;

m – масса системы, кг.

Собственных частот у системы столько, сколько у нее степеней свободы, и наоборот.

Вынужденные колебания обусловлены переменными внешними воздействиями возмущающих сил. Вынужденные колебания можно рассмотреть на примере простейшего гармонического процесса, который может быть описан скалярной переменной – перемещением. Тогда ее первая производная по времени – виброскорость и амплитуда виброскорости А_u, а вторая производная – виброускорение и амплитуда виброускорения А_a. Перемещение изменяется во времени tпо гармоническому закону

Х(t)= A_Х×sin(wt + j), (7.2)

где A_Х, w, j – амплитуда, мм, угловая частота, рад/с или с^-1, начальная фаза

колебаний.

Угловая частота определяется из выражения

w = 2 ×p×f = , (7.3)

где f– возбуждающая частота колебаний, Гц;

Т – период колебаний.

Возбуждающая частота колебаний f, Гц, может быть определена из выражения

f = , (7.4)

где n– частота вращения, об/мин.

При анализе вибрации рассматривают средние квадратические или действующие значения, определяемые осреднением по времени колеблющейся величины на отрезке Т_У._.

u_С = ; а_С = ; (7.5)

где V²(t) – квадрат мгновенного значения виброскорости;

a²(t) – квадрат мгновенного значения виброускорения.

Минимальное (опорное) значение виброскорости, с которого начинается восприятие вибрации, имеет величину u₀ = 5×10^-8 м/с, а виброускорения а₀ = 1×10^-6м/с ² .

Интенсивность вибрации, действующей на человека, выражают не действующими значениями, а их логарифмическими уровнями L_u и L_а , дБ, определяемыми из выражений

L_u =20lg (u_С /u₀); L_а = 20×lg (а_С /а₀) , (7.6)

где u_С– среднеквадратическое значение виброскорости, (м/с);

u₀– опорная виброскорости , (м/с);

а_С – среднеквадратическое значение виброускорения, (м/с²);

а₀ – опорное виброускорение, (м/с²).

Уровень вибрационного воздействия на человека зависит от частоты колебаний. Поэтому уровни вибрации определяют на среднегеометрических частотах октавных полос.

При необходимости октавные полосы делят на третьоктавные. Например, первая октавная полоса имеет граничные частоты 0,7 и 1,4 Гц, а ее среднегеометрическая частота 1 Гц.

По характеру спектра вибрации выделяют:

· узкополосные вибрации, у которых контролируемые параметры в одной 1/3 октавной полосе частот более чем на 15 дБ превышают значения в соседних 1/3 октавных полосах;

· широкополосные вибрации – с непрерывным спектром шириной более одной октавы.

По частотному составу вибрации выделяют:

· низкочастотные вибрации (с преобладанием максимальных уровней в октавных полосах частот 1–4 Гц для общих вибраций, 8 – 16 Гц – для локальных вибраций);

· среднечастотные вибрации (8–16 Гц – для общих вибраций,

31,5– 63 Гц – для локальных вибраций);

· высокочастотные вибрации (31,5–63 Гц – для общих вибраций, 125–1000 Гц – для локальных вибраций).

При изучении вибраций тела человека принято выделять общуювибрацию всего тела (передается через опорные поверхности) и локальную вибрацию (передается на руки при работе с ручными машинами.

Общая вибрация по источнику возникновения подразделяется на три категории:

1 – транспортная вибрация;

2– транспортно-технологическаявибрация;

3– технологическая вибрация.

Технологическая вибрация 3 по месту действия подразделяется на следующие типы:

а – на постоянных рабочих местах производственных помещений предприятий;

б – на рабочих местах на складах, в столовых, бытовых, дежурных и других производственных помещений, где нет машин, генерирующих вибрацию;

в – на рабочих местах в помещениях заводоуправления, конструкторских бюро, лабораторий, учебных пунктов, вычислительных центров, здравпунктов, и других помещениях для работников умственного труда.

Вибрации могут происходить относительно шести степеней свободы (три поступательных и три угловых независимых перемещения). Угловые колебания тела переносятся существенно хуже, чем поступательные.

При описании общей вибрации вне зависимости от положения тела принято использовать следующие оси координат: ось Х – от спины к груди; ось Y – от правого плеча к левому; ось Z – от таза к голове.

При описании локальной вибрации одна из осей совпадает с направлением силы нажатия на ручку машины.

Действие вибрации на организм человека

Источниками вибрации на предприятиях мясной и молочной промышленности являются центрифуги, ручные пилы, дробилки, компрессоры, насосы, электродвигатели, редукторы и др.

При изучении действия вибрации на организм человека нужно учитывать, что колебательные процессы присущи живому организму прежде всего потому, что они в нем постоянно протекают. Модель тела человека, состоящая из масс, пружин и демпферов приведена на рис. 7.1.

Внутренние органы можно рассматривать как колебательные системы с упругими связями. Их собственные частоты лежат в диапазоне 3¸6 Гц. При воздействии на человека внешних колебаний таких частот происходит возникновение резонансных явлений во внутренних органах, способных вызвать травмы, разрыв артерий, летальный исход. Собственные частоты колебаний плечевого пояса, бедер и головы относительно опорной поверхности составляют 4¸6 Гц, головы относительно плеч – 25¸30 Гц, глазные яблоки – 50 Гц. Собственные частоты колебаний тела в положении лежа составляют 3¸6 Гц, стоя – 5¸12 Гц, грудной клетки – 5¸8 Гц. Колебания сидящего человека на частотах 8¸10 Гц определяются в основном диссипативными силами, так что большая часть вибрации поглощается телом человека. Это обстоятельство является причиной широкого распространения заболеваний позвоночника. Воздействуя на челове-

ка, вибрация угнетает центральную нервную систему, вызывая чувство тревоги и страха, ухудшает зрение и качество работы человека-оператора.

Рис. 7.1. Резонансные частоты отдельных частей тела человека

Производственная вибрация, имея широкий частотный диапазон колебаний (от десятых долей до нескольких тысяч Гц), воздействует посредством раздражения периферических нервных окончаний в местах контакта, вызывая изменения как физиологического, так и функционального состояния организма человека.

Изменения в функциональном состоянии организма проявляются в повышении утомляемости, увеличении времени двигательной и зрительной реакции, нарушении вестибулярных реакций и координации движений. Все это ведет к снижению производительности труда.

Изменения в физиологическом состоянии организма проявляются в развитии нервных заболеваний, нарушении функций сердечно-сосудистой системы, нарушении функций опорно-двигательного аппарата, поражении мышечных тканей и суставов, нарушении функций органов внутренней секреции. Все это приводит к возникновению вибрационной болезни.

Принято различать три формы вибрационной болезни:

1) периферическую – возникающую от воздействия вибрации на руки;

2) церебральную – возникающую от преимущественного воздействия вибрации на весь организм человека;

3) смешанную – возникающую при совместном воздействии общей и локальной вибрации.

Основными признаками заболевания периферической формой вибрационной болезни являются:

· спазмы периферических сосудов на фоне вегетативного полиневрита;

· приступы побеления пальцев рук на холоде (синдром «мертвых пальцев»);

· ослабление подвижности и боли в руках в покое и ночное время, потеря чувствительности пальцев и подвижности в суставах (синдром «деревянных» пальцев), гипертрофия мышц и костей рук.

Церебральная форма вибрационной болезни характеризуется в начальной стадии общемозговыми сосудистыми нарушениями. На более поздней стадии развивается органическое поражение мозга, вегета-сосудистые расстройства.

При церебральной и периферической виброболезни возникают побочные патологические изменения органов внутренней секреции, вестибулярного аппарата и т. д.

Вредное воздействие вибрации на человека усугубляется одновременным воздействием на работающих пониженной температуры воздуха рабочей зоны, повышенного уровня шума, охлаждения рук рабочего при работе с ручными машинами, запыленности воздуха, неудобной позы и др.

Коэффициент повышения риска вибрационной болезни в зависимости от уровня шума определяется из выражения

К_Ш = (L_А – 80) × 0,025 + 1 (7.7)

В табл. 7.1 приведены значения К_Шв зависимости от уровня звукаL_А.

Таблица 7.1

Значения коэффициента К_Шв зависимости от уровня звука

Уровень звука L_А	80	90	100	110	120
К_Ш	1,0	1,25	1,5	1,75	2,0

Нормирование вибрации

Дата добавления: 2021-01-20; просмотров: 71; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!