Механические колебания. Защита от вибраций

Гигиеническую оценку вибрации, воздействующей на человека, производят или частотным (спектральным) анализом нормируемого параметра, или интегральной оценкой по частоте нормируемого параметра, или дозой вибрации.

Для санитарного нормирования и контроля вибраций используются среднеквадратичные значения виброускорения и виброскорости, а также их логарифмические уровни в децибелах (ГОСТ 12.1.012-90). Замеры вибрации проводят в наиболее виброопасных точках согласно методике исследований ДСН 3.3.6.039-99.

Выпускаемая в настоящее время измерительная аппаратура основана на использовании электрических методов, обеспечивающих высокую точность преобразования механических колебаний в электрические с помощью магнитно-электрических и пьезоэлектрических датчиков.

Измерение параметров вибрации производится в соответствии с установленными стандартами требований к измерительным приборам и датчикам. Для измерения вибрации используют приборы: виброметры ВМ-1, ВИП-2, измеритель шума и вибраций (1 – 3000 Гц) ИШВ-1, аппаратура контрольно-измерительная типа ВВК-003, ВВК-005 и др.

1.3 Методы и средства  защиты от вибрации

Для защиты от вибрации применяют следующие методы: снижение виброактивности машин, отстройка от резонансных частот, вибродемпфирование, виброгашение, виброизоляция, а также индивидуальные средства защиты и лечебно-профилактические меры.

Снижение виброактивности машин 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 «Антивибрит») и жестких (листовые пластмассы, стеклоизол, гидроизол, листы алюминия); применением поверхностного трения (например, прилегающих друг к другу пластин, как у рессор); установкой специальных демпферов.

Вибродемпфирование покрытий эффективно при условии, что протяженность поглощающего слоя равна нескольким длинам волн колебаний изгиба. Вибродемпфирование малоэффективно при снижении интенсивности продольных волн, которые переносят большую колебательную энергию на высоких частотах. Жесткие вибропоглощающие покрытия применяются в основном для снижения колебаний низких и средних частот. Мягкие применяют для снижения интенсивности высокочастотных вибраций. Высокой вибропоглощающей эффективностью обладают комозиционные материалы: «Полиакрил», «Випонит», листовые материалы – винипор, пенопласт и др., которые приклеиваются к металлическим частям оборудования (кожухам) при оптимальной толщине покрытия 2 – 3 толщины покрываемой конструкции. Такое покрытие эффективно и для снижения уровня шума.

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, и т.п.). Также виброгашение осуществляется путем повышения жесткости системы, например, установки ребер жесткости. Однако этот способ эффективен только при низких частотах вибрации.

Динамические гасители вибрации наиболее эффективно применяются для уменьшения вибрации машин со стабильной частотой колебаний (насосов, турбогенераторов, силовых установок и т.д.). Виброгашение применяется для снижения колебаний высотных объектов (теле- и радиоантенны, дымовые трубы, памятники). Частота собственных колебаний виброгасителей подбирается таким образом, чтобы она совпадала с частотой пульсации ветровой нагрузки. Недостатком применения динамических гасителей является то, что они позволяют снизить вибрацию только на одной частоте.

В инженерной практике одной из действенных мер по уменьшению вибраций на пути её распространения от источника вибраций является виброизоляция. Виброизоляция бывает пассивной и активной.

Виброизоляция называется активной, если для ее уменьшения используется дополнительный источник энергии. Пассивная виброизоляция применяется, если требуется защитить рабочее место от колебаний вибрирующих машин или защитить остальные машины от колебаний неуравновешенных деталей.

Виброизоляция ослабляет передачу колебаний от источника на защищаемый объект за счет устранения между ними жестких связей и установки упругих элементов (виброизоляторов). В качестве виброизоляторов применяют: стальные пружины или рессоры, прокладки из резины, войлока, а также резинометаллические, пружинно-пластмасовые и пневморезиновые конструкции, использующие упругие свойства материалов и воздуха.

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.

Если методы коллективной защиты не дают результата или их нерационально применяют, то используют средства индивидуальной защиты: виброзащитные рукавицы и виброзащитную обувь, наколенники, коврики, нагрудники, специальные костюмы. Виброзащитные свойства применяемых упругих материалов нормируются в октавных полосах 8 – 2000 Гц и должны быть в пределах 1 – 5 дБ при толщине вставки 5 мм и 1 – 6 дБ при толщине вставки 10 мм.

К организационно-профилактическим мероприятиям по снижению вредного влияния вибрации следует отнести рациональный режим труда и отдыха и применение лечебно-профилактических мер. Согласно санитарных норм запрещается работа с пневматическим инструментом при температуре ниже 16°С, влажности 40 – 60% и скорости воздуха более 0,3 м/с. При работе с виброинструментом для предупреждения заболеваний масса удерживаемого в руках инструмента не должна превышать 10 кг, а сила нажима работающих на вибрирующее оборудование не должна превышать 200 Н.

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 – 2 ч. после начала смены и на 30 мин. через 2 ч. после обеда. Если вибрация машины превышает допустимое значение, то время контакта работающего с этой машиной ограничивают.

Во время перерывов следует выполнять специальный комплекс гимнастических упражнений и гидропроцедуры – ванночки при температуре воды 38°С и самомассаж конечностей. Так же следует использовать витаминную профилактику (два раза в год комплекс витаминов С, В, никотиновую кислоту), спецпитание.

2. Шум

2.1 Действие шума на  человека

Шум – это совокупность апериодических звуков различной интенсивности и частоты, беспорядочно изменяющихся во времени. Шумом также называют механические колебания внешней среды, которые воспринимаются слуховым аппаратом человека (от 16 до 20 тысяч колебаний в секунду). Колебания большей частоты называют ультразвуком (выше 20 тысяч Гц), меньшей – инфразвуком (менее 16 Гц). Для нормального существования, чтобы не ощущать себя изолированным от мира человеку нужен шум в 10 – 20 дБ (шум листвы, парка или леса).

Уровень шума измеряется в единицах, выражающих степень звукового давления – децибелах (дБ). Это давление воспринимается не беспредельно. Уровень шума в 20 – 30 дБ практически безвреден для человека, это естественный шумовой фон. Что же касается громких звуков, то здесь допустимая граница составляет примерно 80 дБ. Звук в 130 дБ уже вызывает у человека болевое ощущение, при действии шума в 140 дБ возможен разрыв барабанных перепонок, контузия; шум в 150 дБ становится для человека непереносимым, а при высоких шумах более 160 дБ человек может умереть.

Интенсивный шум на производстве способствует снижению внимания и увеличению ошибок при выполнении работы. Из-за шума снижается производительность труда и ухудшается качество работы. Шум затрудняет реакцию работающих на предупредительные сигналы внутрицехового транспорта (автопогрузчики, мостовые краны и т.п.), что способствует возникновению несчастных случаев на производстве.

Шум влияет на весь организм человека: угнетает ЦНС, вызывает изменение скорости дыхания и пульса, способствует нарушению обмена веществ, возникновению сердечнососудистых заболеваний, язвы желудка, гипертонической болезни, может приводить к профессиональным заболеваниям. Особенно чувствителен к шуму детский и женский организм.

В природе громкие звуки редки, шум относительно слаб и непродолжителен. Сочетание звуковых раздражителей дает время животным и человеку, необходимое для оценки их характера и формирования ответной реакции. Звуки и шумы большой мощности поражают слуховой аппарат, нервные центры, могут вызвать болевые ощущения и шок. Длительный шум неблагоприятно влияет на орган слуха, понижая чувствительность к звуку, вызывая звон в ушах, головокружение, головную боль, повышение усталости. Однако тихий шелест листвы, журчание ручья, птичьи голоса, легкий плеск воды и шум прибоя всегда приятны человеку. Они успокаивают его, снимают стрессы.

В настоящее время ученые во многих странах мира ведут различные исследования с целью выяснения влияния шума на здоровье человека. Их исследования показали, что шум наносит ощутимый вред здоровью человека, но и абсолютная тишина пугает и угнетает его. Так, сотрудники одного конструкторского бюро, имевшего прекрасную звукоизоляцию, уже через неделю стали жаловаться на невозможность работы в условиях гнетущей тишины. Они нервничали, теряли работоспособность. И, наоборот, ученые установили, что звуки определенной силы стимулируют процесс мышления, в особенности процесс счета.

Шум мешает нормальному отдыху и восстановлению сил, нарушает сон. Систематическое недосыпание и бессонница ведут к тяжелым нервным расстройствам. Шум оказывает вредное влияние на зрительный и вестибулярный анализаторы, снижает устойчивость ясного видения и рефлекторной деятельности. Шум способствует увеличению числа всевозможных заболеваний еще и потому, что он угнетающе действует на психику, способствует значительному расходованию нервной энергии, вызывает душевное раздражение и протест.

В наши дни негативное влияние шума на органы слуха врачи называют шумовой болезнью – тугоухостью. Помимо частоты и уровня громкости шума, на развитие тугоухости влияют возраст, слуховая чувствительность, продолжительность, характер действия шума, ряд других причин. Болезнь развивается постепенно, поэтому особенно важно заранее принять соответствующие меры защиты от шума. Под влиянием сильного шума, особенно высокочастотного, в органе слуха происходят необратимые изменения. При высоких уровнях шума понижение слуховой чувствительности наступает уже через 1 – 2 года работы, при средних уровнях она обнаруживается гораздо позднее, через 5 – 10 лет.

Последовательность, с которой происходит утрата слуха, сейчас хорошо изучена. Сначала интенсивный шум вызывает временную потерю слуха. В нормальных условиях через день или два слух восстанавливается. Но если воздействие шума продолжается месяцами или, как это имеет место в промышленности, годами, восстановление не происходит, и временный сдвиг порога слышимости превращается в постоянный. Сначала повреждение нервов сказывается на восприятии высокочастотного диапазона звуковых колебаний (4 тыс. Гц и выше), постепенно распространяясь на более низкие частоты. Нервные клетки внутреннего уха оказываются настолько поврежденными, что атрофируются.

Исследования показали, что и неслышимые звуки также опасны. Ультразвук, занимающий заметное место в гамме производственных шумов, неблагоприятно воздействует на организм, хотя ухо его не воспринимает. Пассажиры самолета часто ощущают состояние недомогания и беспокойства, одной из причин которых является инфразвук. Инфразвуки вызывают у некоторых людей приступы морской болезни. Даже слабые инфразвуки могут оказывать на человека существенное воздействие, если они носят длительный характер. Некоторые нервные болезни, свойственные жителям промышленных городов, вызываются именно инфразвуками, проникающими сквозь самые толстые стены.

Уровень уличных шумов обуславливается интенсивностью, скоростью и характером (составом) транспортного потока. Кроме того, он зависит от планировочных решений (продольный и поперечный профиль улиц, высота и плотность застройки) и таких элементов благоустройства, как покрытие проезжей части и наличие зеленых насаждений. Каждый из этих факторов способен изменить уровень транспортного шума в пределах до 10 дБ. За последнее время средний уровень шума, производимый транспортом, увеличился на 12 – 14 дБ. Вот почему проблема борьбы с шумом в городе приобретает все большую остроту.

2.2 Нормирование и средства  оценки шума

Нормируемые параметры шума на рабочих местах определены и не должны превышать значе6ния, указанные в ГОСТ 12.1.003-83; санитарные нормы регламентируются СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки». Непостоянные шумы на рабочих местах нормируются по эквивалентным по энергии уровням звука, определенным по ГОСТ 12.1.050-86. Они являются обязательными для всех промышленных предприятий.

Для нормирования постоянных шумов применяют следующие способы:

– по предельному спектру шума (в основном, для постоянных шумов в стандартных октавных полосах со среднегеометрическими частотами – 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 8000 Гц);

– по уровню звука в децибелах «А» шумомером (дБА), измеренного при включении корректировочной частотной характеристики «А» (для приблизительной оценки шума – средне чувствительного слуха человека).