Вибрация. 
Негативные факторы среды обитания и их воздействие на человека

Вибрация — это движение механической системы или же точки, во время которого происходит поочерёдное убывание и возрастание во времени каких либо значений, по крайней мере одной координаты. Возбуждение вибрационных движений происходит вследствие возникающих при работе машин и агрегатов неуравновешенных силовых воздействий. Их источниками являются возвратно-поступательные движущие системы, например, кривошипно-шатунные механизмы, ручные перфораторы, вибротрамбовки и агрегаты виброформования. Также их источниками являются неуровновешанные вращающиеся массы, например, ручные электрические и пневматические шлифовательные машины, режущий инструмент станков и т. д. Вибрации могут создаваться ударами деталей, например, зубчатые зацепления, подшипниковые узлы. Величина дисбаланса во всех случаях приводит к появлению неуровновешанных сил. Неоднородность материала вращающегося тела, несовпадение центра массы тела и оси вращения, деформация деталей от неравномерного нагрева при горячих и холодных посадках — всё это может явиться причиной дисбаланса. Воздействие вибрации на человека чаще всего связано с колебаниями, обусловленными внешним переменным силовым воздействием на машину, либо отдельную её систему. Возникновение такого рода колебаний может быть связано не только с силовым, но и с кинетическим возбуждением, например, в транспортных средствах при их движении по неровному пути. Вибрация, состоящая из одной частной составляющей, называется моногармонической (гармоническая). На практике более часто встречается полигармоническая вибрация.

Основные характеристики вибрации. Измерение вибрации

Для количественной оценки вибрации рассматривают следующие ее параметры: двойная амплитуда (размах колебаний) используется для оценки, когда смещение деталей машин является, с точки зрения допустимых механических напряжений и зазоров, критическим. Колебательная энергия, соответствует среднему квадратическому значению амплитуды, характеризует разрушительное действие колебаний. Очевидно, что единственным параметром вибрации не может быть механическое движение (вибросмещение объекта), виброскорость и виброускорение не менее применимы для изучения.

Производная по времени от вибросмещения — виброскорость. Производная по времени от виброскорости — виброускорение (виброперемещение) измеряется при низкочастотной вибрации с верхней границей частотных составляющих 100−200 Гц. Эти измерения актуальны при проведении балансировке ротов, в строительной виброакустике, при исследовании машин с малыми зазорами между узлами и при прогнозе усталостных разрушений.

Виброускорение применяется при виброакустической диагностике, измеряется при наличии широкополостной вибрации, в диапазоне 100 -10 000 Гц.

Виброскорость характеризует колебательную энергию, самый «измеряемый» параметр вибрации. Амплитуда частотных составляющих виброскорости в достаточно широкой полосе (10−1000 Гц) равномерна, что повышает достоверность и упрощает измерение. По уровню виброскорости определяют техническое состояние машин, их узлов и деталей.

Виды вибрации

Воздействие вибрации на человека классифицируют:

• § по направлению действия вибрации;
• § по способу передачи колебаний;
• § по временной характеристике вибрации.

В зависимости от способа передачи колебаний человеку вибрацию подразделяют:

• — на общую, передающуюся через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека;
• — на локальную, передающуюся через руки человека.

Общей вибрации подвергаются транспортные рабочие, операторы мощных штампов, грузоподъемных кранов и некоторых других видов оборудования. Локальной вибрации подвергаются работающие с ручным электрическим и пневматическим механизированным инструментом. В некоторых случаях при работе на строительно-дорожных машинах и транспорте работник может в одно и то же время быть подвергнутым общей и локальной вибрации.

Вибрации общие разделяются по возможности их регулирования интенсивности на:

• § транспортные. Эти вибрации появляются в результате движения машин по агрофонам, безрельсовым дорогам, по местности и промышленным площадкам, и их интенсивность может меняться за счет изменения скорости движения;
• § транспортно-технологические. Такие вибрации получаются при работе машин в стационарном положении, и их интенсивность и воздействие на человека может ослабляться оператором в ограниченных пределах лишь на транспортном режиме;
• § технологические. Такие вибрации получаются при движении узлов, механизмов и систем стационарных машин, и их интенсивность воздействия на человека жестко регулируется технологическими предписаниями и не может ослабляться по желанию оператора;
• § внешние. Это такие вибрации, которые вызываются машиной, располагающейся вне помещения, в котором находятся рабочие места, и вибрация не связана с выполняемой работой, но она вызывает раздражающее действие при выполнении умственным и точных работ.

Вибрация — это фактор высокой биологической активности. Ответные реакции обуславливаются силой энергетического воздействия и биомеханическими свойствами человеческого тела как сложной колебательной системы. Мощность — главный параметр колебательного процесса в зоне контакта и время контакта. Они определяют развитие вибрационных патологий, их структура зависит от: частоты, амплитуды колебаний, продолжительности воздействия, места приложения и направления оси вибрационного воздействия, демпфирующих свойств тканей, явлений резонанса и других факторов. Между уровнем воздействующей вибрации и ответными реакциями организма нет линейной зависимости. Причина этого явления заложена в резонансном эффекте.

Вибрационная болезнь

Вибрационная болезнь относится к группе профзаболеваний и эффективное её лечение возможно лишь на ранних стадиях. Восстановление нарушенных функций протекает очень медленно, а в особо тяжелых случаях в организме наступают необратимые изменения, приводящие к инвалидности. В диапазоне частот от 1 до 63 Гц проводят гигиеническую оценку общей вибрации, а локальная вибрация — от 8 до 1000 Гц. Важной характеристикой является направление действия вибрации на человека — уровни вибрации оцениваются в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Вибрация имеет биологическое действие.

Стадии вибрационной болезни:

• § начальная стадия. Такая стадия проходит без особо выраженных симптомов. Могут возникать боли и парестезии в руках, а так же появляется снижение чувствительности кончиков пальцев;
• § умеренно выраженная стадия. В этом случае сильно проявляется боль и чувство онемения, снижение чувствительности охватывает все пальцы и даже предплечье, понижается кожная температура на пальцах, выражены гипергидроз и цианоз кистей рук;
• § выраженная стадия. Более сильные боли в пальцах рук, кисти холодные и влажные, как правило;
• § стадия генерализованных расстройств. Встречается нечасто и то среди рабочих с большим стажем. Наблюдаются сосудистые нарушения на руках и ногах, спазмы сердечных и мозговых сосудов.

Замечено, что эта болезнь проходит компенсаторно, в этот период больные могут работать. Среди профессиональных заболеваний вибрационная патология стоит на втором месте. Наблюдая отклонение состояния здоровья, при вибрационном воздействии, можно отметить, что частота заболеваний определяется величиной дозы, а особенности клинических проявлений формируются под влиянием спектра вибраций. Существуют три вида вибрационной патологии от воздействия общей, локальной и толчкообразной вибраций. Нервная система и анализаторы (вестибулярный, зрительный, тактильный) страдают в первую очередь, при действии на организм общей вибрации.

К факторам производственной среды, усугубляющим вредное воздействие вибраций на организм, относятся чрезмерные мышечные нагрузки, неблагоприятные микроклиматические условия, особенно пониженная температура, шум высокой интенсивности, психоэмоциональный стресс.

Методы снижения вибраций

Разработка мероприятий по снижению производственных вибраций должна производиться одновременно с комплексной механизацией и автоматизацией производства.

Введение

дистанционного управления цехами и участками позволит полностью решить проблему защиты от вибраций.

Основные методы борьбы с вибрациями оборудования:

• § снижение вибраций при помощи воздействия на источник возбуждения (посредством ликвидации или же снижения вынуждающих сил). При конструировании машин и при проектировании технологических процессов предпочтение должно отдаваться таким кинематическим и технологическим схемам, при которых динамические процессы, вызванные ударами, резкими ускорениями и т. п., были бы исключены или предельно снижены. В настоящее время разработаны модификации известных технологических процессов, которые позволяют снижать вибрацию. При конструировании машин и агрегатов необходимо изыскивать конструктивные решения для безударного взаимодействия деталей и плавного обтекания их воздушными потоками;
• § отстройка от режима резонанса при помощи рационального выбора жесткости или же массы колеблющейся системы. Для ослабления вибраций существенное значение имеет исключение резонансных режимов работы, т. е. отстройки собственных частот агрегата и его отдельных узлов и деталей от частоты вынуждающей силы. Резонансные режимы при работе технологического оборудования устраняют двумя путями: либо изменением характеристик системы (массы и жесткости), либо установлением нового режима работы.
• § вибродемпфирование — это увеличение механического импеданса колеблющихся конструктивных элементов с помощью увеличения диссипативных сил при колебаниях с частотами, являющимися близкими к резонансным. Это процесс уменьшения уровня вибраций защищаемого объекта путем превращения энергии механических колебаний данной колеблющейся системы в энергию тепловую.
• § динамическое гашение колебаний — это присоединение к защищаемому объекту такой системы, у которой реакции в точках присоединения системы уменьшают размах вибрации объекта. Одним из способов увеличения реактивного сопротивления колебательных систем является установка динамических виброгасителей. Он жестко крепится на вибрирующем агрегате, поэтому в нем в каждый момент времени возбуждаются колебания, находящиеся в противофазе с колебаниями агрегата.
• § виброизоляция. Защита при помощи этого метода осуществляется за счет уменьшения передачи колебания (от источника возбуждения) защищаемому объекту содействуя с устройствами, помещенными между ними. Виброизоляция осуществляется введением в колебательную систему дополнительной упругой связи, препятствующей передаче вибраций от машины-источника колебаний к основанию или смежным элементам конструкции; эта упругая связь может использоваться для ослабления передачи вибраций от основания на человека либо на защищаемый агрегат.