Влияние шума и вибрации на организм человека

По направлению различают вибрацию, действующую вдоль осей ортогональной  системы координат для общей  вибрации, действующую вдоль всей ортогональной системы координат  для локальной вибрации.

По источнику возникновения  вибрацию подразделяют на транспортную (при движении машин), транспортно-технологическую (при совмещении движения с технологическим  процессом, мри разбрасывании удобрений, косьбе или обмолоте самоходным комбайном  и т. д.) и технологическую (при  работе стационарных машин)

Вибрация характеризуется частотой f, т.е. числом колебаний и секунду (Гц), амплитудой А, т.е. смещением волн, или высотой подъема от положения равновесия (мм), скоростью V (м/с) и ускорением. Весь диапазон частот вибраций также разбивается на октавные полосы: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 63 125, 250, 500, 1000, 2000 Гц. Абсолютные значения параметров, характеризующих вибрацию, изменяются в широких пределах, по этому используют понятие уровня параметров, представляющего собой логарифмическое отношение значения параметра к опорному или пороговому его значению.

2.2 Действие вибрации на организм человека

При работе в условиях вибраций производительность труда снижается, растет число травм. На некоторых рабочих местах в  сельскохозяйственном производстве вибрации превышают нормируемые значения, а в некоторых случаях они  близки к предельным. Не всегда соответствуют  нормам уровни вибраций на органах  управления. Обычно в спектре вибрации преобладают низкочастотные вибрации отрицательно действующие на организм. Некоторые виды вибрации неблагоприятно воздействуют на нервную и сердечнососудистую системы, вестибулярный аппарат. Наиболее вредное влияние на организм человека оказывает вибрация, частота которой  совпадает с частотой собственных  колебаний отдельных органов, примерные  значения которых следующие (Гц): желудок - 2...3; почки - 6...8; сердце - 4...6; кишечник- 2...4; вестибулярный аппарат - 0,5..Л,3; глаза - 40...100 и т.д.

Воздействие на мускульные рефлексы достигает 20 Гц; нагруженное массой оператора сиденье на тракторе имеет  собственную частоту вибрации 1,5...1,8 Гц, а задние колеса трактора - 4 Гц. Организму  человека вибрация передается в момент контакта с вибрирующим объектом: при действии на конечности возникает  локальная вибрация, а на все тело - общая. Локальная вибрация поражает нервно-мышечные ткани и опорно-двигательный аппарат и приводит к спазмам  периферических сосудов. При длительных и интенсивных вибрациях в  некоторых случаях развивается  профессиональная патология (к ней  чаще приводит локальная вибрация): периферическая, церебральная или церебрально-периферическая вибрационная болезнь. В последнем  случае наблюдаются изменения сердечной  деятельности, общее возбуждение  или, наоборот, торможение, утомление, появление болей, ощущение тряски внутренних органов, тошнота. В этих случаях  вибрации влияют и на костно-суставной  аппарат, мышцы, периферийное кровообращение, зрение, слух. Местные вибрации вызывают спазмы сосудов, которые развиваются  с концевых фаланг пальцев, распространяясь  на всю кисть, предплечье, и охватывают сосуды сердца.

Тело человека рассматривается  как сочетание масс с упругими элементами. В одном случае это  все туловище с нижней частью позвоночника и тазом, в другом – верхняя  часть туловища в сочетании с  верхней частью позвоночника, наклоненной  вперед. Для стоящего на вибрирующей  поверхности человека существуют 2 резонансных пика на частотах 5…12 и 17…25 ГЦ, для сидящего на частотах 4…6 ГЦ. Для головы резонансные частоты  находятся в области 20…30 Гц. В  этом диапазоне частот амплитуда  колебаний головы может превышать  амплитуду колебаний плеч в 3 раза. Колебания внутренних органов, грудной  клетки и брюшной полости обнаруживают резонанс на частотах 3,0...3,5 Гц.

Максимальная амплитуда колебаний  брюшной стенки наблюдается на частотах 7...8 Гц. С увеличением частоты  колебаний их амплитуда при передаче по телу человека ослабляется. В положении  стоя и сидя эти ослабления на костях таза равны 9 дБ на октаву изменения  частоты, на груди и голове - 12дБ, на плече -12...14 дБ. Эти данные не распространяются на резонансные частоты, при воздействии  которых происходит не ослабление, а увеличение колебательной скорости.

В производственных условиях ручные машины, вибрация которых имеет максимальные уровни энергии (максимальный уровень  виброскорости) в полосах низких частот (до 36 Гц), вызывают вибрационную патологию с преимущественным поражением нервно-мышечной ткани и опорно-двигательного  аппарата. При работе с ручными  машинами, вибрация которых имеет  максимальный уровень энергии в  высокочастотной области спектра (выше 125 Гц), возникают главным образом  сосудистые расстройства. При воздействии  вибрации низкой частоты заболевание  возникает через 8... 10 лет, а при  воздействии высокочастотной вибрации - через 5 лет и раньше. Общая вибрация разных параметром вызывает различную  степень выраженности изменений  нервно и системы (центральной и  вегетативной), сердечнососудистой системы  и вестибулярного аппарата.

В зависимости от параметров (частота, амплитуда) вибрация может как положительно, так и отрицательно влиять на отдельные  ткани и организм в целом. Вибрацию используют при лечении некоторых  заболеваний, но чаще всего вибрацию (производственную) считают вредно влияющим фактором. Поэтому важно  знать граничные характеристики, разделяющие позитивное и негативное влияние вибрации на человека. Впервые  на полезное значение вибрации обратил  внимание французский ученый аббат  Сен Пьер, который в 1734 г. сконструировал вибрирующее кресло для домоседов, повышающее мышечный тонус и улучшающее циркуляцию крови. В начале XX в. в России профессор Военно-медицинской академии А.Е. Щербак доказал, что умеренная вибрация улучшает питание тканей и ускоряет заживление ран.

Производственная вибрация, характеризующаяся  значительной амплитудой и продолжительностью действия, вызывает у работающих раздражительность, бессонницу, головную боль, ноющие боли в руках людей, имеющих дело с  вибрирующим инструментом. При длительном воздействии вибрации перестраивается  костная ткань: на рентгенограммах  можно заметить полосы, похожие на следы перелома - участки наибольшего  напряжения, где размягчается костная  ткань. Возрастает проницаемость мелких кровеносных сосудов, нарушается нервная  регуляция, изменяется чувствительность кожи. При работе с ручным механизированным инструментом может возникнуть акроасфиксия (симптом мертвых пальцев) - потеря чувствительности, побеление пальцев, кистей рук. При воздействии общей  вибрации более выражены изменения  со стороны центральной нервной  системы: появляются головокружения, шум  в ушах, ухудшение памяти, нарушение  координации движений, вестибулярные  расстройства, похудение.

Основные параметры вибрации: частота  и амплитуда колебаний. Колеблющаяся с определенной частотой и амплитудой точка движется с непрерывно меняющимися  скоростью и ускорением: они максимальны  в момент ее прохождения через  исходное положение покоя и снижаются  до нуля в крайних позициях. Поэтому  колебательное движение характеризуется  также скоростью и ускорением, представляющими собой производные  от амплитуды и частоты. Причем органы чувств человека воспринимают не мгновенное значение параметров вибрации, а действующее.

Вибрацию часто измеряют приборами, шкалы которых отградуированы не в абсолютных значениях скорости и ускорения, а в относительных - децибелах. Поэтому характеристиками вибрации служат также уровень колебательной  скорости и уровень колебательного ускорения. Рассматривая человека как  сложную динамическую структуру  с изменяющимися во времени параметрами, можно выделить частоты, вызывающие резкий рост амплитуд колебаний как  всего тела в целом, так и отдельных  его органов. При вибрации ниже 2 Гц, действующей на человека вдоль  позвоночника, тело движется как единое целое. Резонансные частоты мало зависят от индивидуальных особенностей людей, так как основной подсистемой, реагирующей на колебания, являются органы брюшной полости, вибрирующие  в одной фазе. Резонанс внутренних органов наступает при частоте  З...3,5 Гц, а при 4...8 Гц они смещаются.

Если вибрация действует в горизонтальной плоскости по оси, перпендикулярной позвоночнику, то резонансная частота  тела обусловлена сгибанием позвоночника и жесткостью тазобедренных суставов. Область резонанса для головы сидящего человека соответствует 20…30 Гц. В этом диапазоне амплитуда  виброускорения головы может втрое  превышать амплитуду колебаний  плеч. Качество зрительного восприятия предметов значительно ухудшается при частоте 60…70 Гц, что соответствует  резонансу глазных яблок.

Исследователи Японии установили, что  характер профессии определяет некоторые  особенности действия вибрации. Например, у шоферов грузовых машин широко распространены желудочные заболевания, у водителей трелевочных тракторов  на лесозаготовках – радикулиты, у  пилотов, особенно работающих на вертолетах, наблюдается снижение остроты зрения. Нарушения нервной и сердечнососудистой деятельности у летчиков возникают  в 4 раза чаще, чем у представителей других профессий.

2.3 Методы и средства защиты от вибрации

Для защиты от вибрации применяют  следующие методы: снижение виброактивности  машин; отстройка от резонансных  частот; вибродемпфирование; виброизоляция; виброгашение, а также индивидуальные средства защиты. Снижение виброактивности  машин (уменьшение Fm) достигается изменением технологического процесса, применением машин с такими кинематическими схемами, при которых динамические процессы, вызываемые ударами, ускорениями и т. п. были бы исключены или предельно снижены, например, заменой клепки сваркой; хорошей динамической и статической балансировкой механизмов, смазкой и чистотой обработки взаимодействующих поверхностей; применением кинематических зацеплений пониженной виброактивности, например, шевронных и косозубых зубчатых колес вместо прямозубых; заменой подшипников качения на подшипники скольжения; применением конструкционных материалов с повышенным внутренним трением.

Отстройка от резонансных частот заключается  в изменении режимов работы машины и соответственно частоты возмущающей  вибросилы; собственной частоты  колебаний машины путем изменения  жесткости системы с например установкой ребер жесткости или  изменения массы системы (например путем закрепления на машине дополнительных масс).

Вибродемпфирование - это метод  снижения вибрации путем усиления в  конструкции процессов трения, рассеивающих колебательную энергию в результате необратимого преобразования ее в теплоту  при деформациях, возникающих в  материалах, из которых изготовлена  конструкция. Вибродемпфирование осуществляется нанесением на вибрирующие поверхности  слоя упруговязких материалов, обладающих большими потерями на внутреннее трение,- мягких покрытий (резина, пенопласт  ПХВ-9, мастика ВД17-59, мастика «Анти-вибрит») и жестких (листовые пластмассы, стеклоизол, гидроизол, листы алюминия); применением  поверхностного трения (например, прилегающих  друг к другу пластин, как у  рессор); установкой специальных демпферов.

Виброгашение (увеличение массы системы) осуществляют путем установки агрегатов  на массивный фундамент. Виброгашение наиболее эффективно при средних  и высоких частотах вибрации. Этот способ нашел широкое применение при установке тяжелого оборудования (молотов, прессов, вентиляторов, насосов и т. п.).

Повышение жесткости системы, например путем установки ребер жесткости. Этот способ эффективен только при  низких частотах вибрации.

Виброизоляция заключается в уменьшении передачи колебаний от источника  к защищаемому объекту при  помощи устройств, помещаемых между  ними. Для виброизоляции чаще всего  применяют виброизолирующие опоры  типа упругих прокладок, пружин или  их сочетания. Эффективность виброизоляторов  оценивают коэффициентом передачи КП, равным отношению амплитуды виброперемещения, виброскорости, виброускорения защищаемого  объекта, или действующей на него силы к соответствующему параметру  источника вибрации. Виброизоляция  только в том случае снижает вибрацию, когда КП < 1. Чем меньше КП, тем  эффективнее виброизоляция.

Профилактические меры по защите от вибраций заключаются в уменьшении их в источнике образования и  на пути распространения, а также  в применении индивидуальных средств  защиты, проведении санитарных и организационных  мероприятий.

Уменьшения вибрации в источнике  возникновения достигают изменением технологического процесса с изготовлением  деталей из капрона, резины, текстолита, своевременным проведением профилактических мероприятий и смазочных операций; центрированием и балансировкой  деталей; уменьшением зазоров в  сочленениях. Передачу колебаний на основание агрегата или конструкцию  здания ослабляют посредством экранирования, что является одновременно средством  борьбы и с шумом.

В качестве вибропоглощающих покрытий обычно используют мастики № 579, 580, типа БД-17 и простейшие конструкции (слои рубероида, проклеенные битумом  или синтетическим клеем). Если методы коллективной защиты не дают результата или их нерационально применять, то используют средства индивидуальной защиты. В качестве средств защиты от вибрации при работе с механизированным инструментом применяют антивибрационные рукавицы и специальную обувь. Антивибрационные полусапоги имеют многослойную резиновую  подошву.

Длительность работы с вибрирующим  инструментом не должна превышать 2/3 рабочей  смены. Операции распределяют между  работниками так, чтобы продолжительность  непрерывного действия вибрации, включая  микропаузы, не превышала 15...20 мин. Рекомендуется  делать перерывы на 20 мин через 1...2ч  после начала смены и на 30 мин  через 2 ч после обеда.

Во время перерывов следует  выполнять специальный комплекс гимнастических упражнений и гидропроцедуры - ванночки при температуре воды 38 °С, а также самомассаж конечностей.