Параметри та види вібрації

                                              Державний заклад

     

                                             

 

                                    КОНТРОЛЬНА РОБОТА

            з дисципліни "Основи охорони праці" 

 

                  « Вібрація »

 

 

 

                           

                                                                

 

 

 

 

 

                                                

 

 

 

  Під вібрацією розуміють механічні коливання твердого тіла. Найпростішим видом таких коливань є гармонійні коливання, за яких відбувається почергове наростання та спадання в часі (за синусоїдальним законом) значень рухомої точки чи механічної системи. Вібрації виникають зазвичай при роботі машин та механізмів, які мають неврівноважені й незбалансовані частини, що обертаються чи здійснюють зворотно-поступальний рух. До такого устаткування належать оброблювальні верстати, штампувальні та ковальські молоти, електро та пневмоперфоратори, електроприводи, насосні установки, компресори, механізований інструмент та ін. При роботі даного устаткування вібрація відіграє негативну роль. У той же час вібрацію застосовують і для інтенсифікації виробничих процесів, наприклад, при ущільненні бетонних сумішей, роздрібнюванні та сортуванні інертних матеріалів, розвантажуванні та сортуванні сипких матеріалів. Вібрація характеризується абсолютними та відносними параметрами. До основних абсолютних параметрів належать: вібропереміщення (я) - миттєве значення кожної з координат, які описують положення тіла чи матеріальної точки під час вібрації; амплітуда вібропереміщення (А) найбільше відхилення точки, яка коливається з певною частотою, від положення рівноваги, м; віброшвидкість (о) - кінематичний параметр, що дорівнює швидкості переміщення (перша похідна вібропереміщення) точки, яка коливається з певною частотою, м/с; віброприскорення (а) - кінематичний параметр, що дорівнює прискоренню переміщення (друга похідна вібропереміщення) точки, яка коливається з певною частотою, м/с2; період вібрації (Т) - найменший інтервал часу, через який під час періодичної вібрації повторюється кожне значення величини, яка характеризує вібрацію, с; частота вібрації (/) - величина, обернено пропорційна періоду вібрації, яка показує кількість коливань за одиницю часу точки під час вібрації, Гц. 
   Оскільки абсолютні параметри, що характеризують вібрацію, змінюються в широких межах, то на практиці частіше використовують відносні параметри - рівні, які визначаються відносно опорного (порогового) значення відповідного параметра і вимірюються в децибелах (дБ). Стандартні опорні значення наступні: амплітуди вібропереміщення А0 = 8 * 10~12 м; віброшвидкості и0= 5 o 10"8 м/с; віброприскорення а0 = 3 o 10~4 м/с2. Найчастіше для оцінки вібрації використовують логарифмічний рівень віброшвидкості, який визначається за формулою

За способом передачі на тіло людини розрізняють загальну та місцеву (локальну) вібрацію. Загальна вібрація передається на тіло людини, яка сидить або стоїть, переважно, через опорні поверхні - сидіння, підлогу. Локальна вібрація передається через  руки працюючих при контакті з  ручним механізованим інструментом, органами керування машинами та обладнанням, деталями, які обробляються і т. ін. Можлива також одночасна дія  загальної та локальної вібрації. Наприклад, при роботі на дорожньо-будівельних  машинах на руки передається локальна вібрація від органів керування, а на все тіло - від машини через  сидіння. Залежно від джерела виникнення загальна вібрація поділяється на: транспортну, яка діє на операторів (водіїв) транспортних засобів (автомобілі, трактори);

Рис. 2.24. Класифікація виробничої вібрації

транспортно-технологічну, яка діє на операторів машини з  обмеженою рухливістю та таких, що рухаються  тільки по спеціально підготовлених  поверхнях виробничих приміщень, промислових  майданчиків та гірничих виробок (екскаватори, промислові та будівельні крани, автонавантажувачі, авто - та електрокари); технологічну, яка  діє на операторів стаціонарних машин  або передається на робочі місця, що не мають джерел вібрації (метало - і дерево-оброблювальні верстати, ковальсько-пресувальне устаткування, насосні станції, бурові вишки).

Загальну технологічну вібрацію за місцем дії поділяють на такі типи:

- на постійних робочих  місцях виробничих приміщень  підприємств;

- на робочих місцях  складів, їдалень, побутових, чергових  та інших виробничих приміщень,  де немає джерел вібрації;

- на робочих місцях  заводоуправлінь, конструкторських  бюро, лабораторій, обчислювальних  центрів, медпунктів, конторських  приміщень, робочих кімнат та  інших приміщень для працівників  розумової праці. 
За джерелом виникнення локальну вібрацію поділяють на таку, що передається від:

- ручних машин або ручного  механізованого інструменту, органів  керування машинами та устаткуванням;

- ручних інструментів  без двигунів (наприклад, рихтувальні  молотки) та деталей, які обробляються.

За часовими характеристиками загальні та локальні вібрації поділяються  на: постійні, для яких величина віброприскорення чи віброшвидкості змінюється менше, ніж  у два рази (менше 6 дБ) за робочу зміну; непостійні, для яких вище-перераховані параметри вібрації змінюються не менше, ніж у два рази (б дБ і більше) за робочу зміну. В свою чергу, непостійні вібрації поділяються на:

- переривчасті, коли контакт  з вібрацією в процесі роботи  переривається, причому довжина  інтервалів, під час яких має  місце контакт, становить понад  1 с; 
- коливні, рівні яких безперервно змінюються в часі; 
- імпульсні, що складаються з одного або кількох вібраційних впливів (наприклад, ударів), кожен довжиною менше ніж 1 с, при частоті їх дії менше ніж 5,6 Гц. 
Під час дії вібрації на організм людини спостерігаються зміни в діяльності серцевої та нервової систем, спазм судин, зміни у суглобах, що призводить до обмеження їх рухомості. Якщо спостерігається нетривала дія вібрації, то працівник передчасно втомлюється, при цьому продуктивність його пращ знижується. Тривала дія вібрації може спричинити професійне захворювання - вібраційну хворобу. Під час розвитку цієї хвороби з'являється оніміння, відчуття повзання мурашок, біль у суглобах тощо. Слід зазначити, що ефективне лікування вібраційної хвороби можливе лише на ранній стадії розвитку. Особливо небезпечна вібрація робочих місць з частотою, яка є резонансною з частотою коливання окремих органів чи частин тіла людини, що може призвести до їх механічного ушкодження. Для більшості внутрішніх органів людини частота власних коливань становить 6-12 Гц. Ступінь та характер впливу вібрації на організм людини залежить від виду та параметрів, а також від напрямку її дії. Тому вібрація поділяється залежно від осей ортогональної системи координат X, У, £, уздовж яких вона діє (рис. 2.25). Особливо чутливий організм людини до вертикальної загальної вібрації (уздовж осі £), коли коливання передаються від ніг до голови через усе тіло.

Рис. 2.25. Напрямок координатних осей при дії загальної (а, б) та локальної (в) вібрації: а - положення стоячи; б - положення сидячи

  Вібрація як чинник шкідливості у виробничій діяльності зустрічається в багатьох технологічних процесах. Причиною виникнення вібрації може бути незрівноважність і незбалансованість частин механізмів, що обертаються чи здійснюють зворотно-поступальний рух. Негативна дія вібрації відчувається тоді, коли не збігається цетр ваги тіла та осі обертання, коли деформуються деталі внаслідок нерівномірного їх нагрівання, зносу або незадовільного технічного догляду за з’єднувальними муфтами, підшипниками, обоймами і т. ін. 
   Основні параметри синусоїдного коливання: частота в Герцах ( );, амплітуда зміщення – А (м або см);коливальна швидкість – V (м/с); прискорення – W (м/с²). 
Для синусоїдних коливань швидкість і прискорення визначають за формулами: ;   

За опорний нульовий рівень коливальної швидкості взято  величину м/с.

За нульовий рівень коливального прискорення взято величину м/с²

В практиці віброакустичних  вимірювань використовують не абсолютні  значення параметрів, а відносні величини –віброшвидкості    і рівень віброприскорення , які визначаються відносного опорного значення й вимірюються в децибелах (дБ).

Відносні рівні    і визначаються за формулами:

;  ,  де V і W – коливальна швидкість і прискорення в точці вимірювання, м/с і м/с².

Порогове відчуття вібрації виникає тоді коли прискорення її дорівнює 1% від нормального прискорення  сил земного тяжіння.

Хворобливе відчуття виникає, коли прискорення становить 5% від  прискорення земного тяжіння, тобто  при 0,5 м/с².

Коливальну швидкість  м/с людина сприймає як порогову, а при швидкості 1м/с, виникають хворобливі відчуття.

Величина коливальної  енергії поглинутої тілом людини (Q кгм), прямо пропорційна площі  контакту, часу дії та інтенсивності  подразника

 де S - площа контакту, м² ;

Т - тривалість дії, с;

І - інтенсивність вібрації, кгм/м²/с.

Інтенсивність вібрації, а  відтак коливальна енергія прямо  пропорційна квадрату коливальної  швидкості:

 де V - середньоквадратичне значення коливальної швидкості, м/с;

- модуль вхідного питомого  механічного імпеденса в зоні  контакту, кг/с.

Механічний імпеденс визначається як відношення коливальної сили до результуючої коливальної швидкості  в точці прикладання цієї сили.

У виробничих умовах майже  не зустрічаються прості гармонійні коливання там переважають аперіодичні, квазіперіодичні, імпульсивні або  поштовхоподібні вібрації. 
  Залежно від джерела вібрації і характеру контакту з тілом людини вібрація умовно поділяється на місцеву (локальну), загальну та змішану. 
  За спектральним складом умовно виділяють низьку й високочастотну вібрацію. Вібрація з частотою 16-32 Гц є низькочастотною, а з більшими частотами – високочастотною. 
  За часовими характеристиками вібрація поділяється на постійну, рівень якої змінюється не більше як на 6дБ за 1хв, і непостійну, що за той же час змінюється більше ніж на 6дБ. 
  Розрізняють гігієнічне та технічне нормування вібрації. При гігієнічному нормуванні регламентуються відповідні умови щодо захисту від вібрації людини, а при технічному - щодо захисту машин, устаткування, механізмів і т. ін. від дії вібрації, яка може призвести до їх пошкодження чи передчасного виходу з ладу. Основними нормативними документами з охорони праці стосовно вібрації є ГОСТ 12.1.012-90 та ДСН 3.3.6.039-99.

Дія вібрації на організм людини залежить від таких її характеристик: інтенсивності, спектрального складу, тривалості впливу, напрямку дії. Гігієнічна оцінка вібрації, що діє на людину у  виробничих умовах, здійснюється за допомогою  таких методів:

- частотного (спектрального)  аналізу її параметрів;

- інтегральної оцінки  за спектром частот параметрів, що нормуються;

- дози вібрації.

При частотному (спектральному) аналізі параметрами, що нормуються, є середні квадратичні значення (квадратний корінь із середнього арифметичного  квадрата значення в певному інтервалі  часу) віброшвидкості и та віброприскорення а, або їх логарифмічні рівні у  дБ у діапазоні октавних смут із середньо-геометричними частотами:

- 1,0; 2,0; 4,0; 8,0; 16,0; 31,6; 63,0 Гц (для  загальної вібрації);

- 8,0; 16,0; 31,5; 63,0; 125,0; 250,0; 500,0; 1000,0 Гц (для локальної вібрації).

Гігієнічні норми в  логарифмічних рівнях середніх квадратичних значень віброшвидкостей для  октавних смуг частот наведені на рис. 2.26:

При використанні методу інтегрованої оцінки за спектром частот параметром, що нормується, е коректоване значення віброшвидкості чи віброприскорення (10, що вимірюється за допомогою спеціальних  фільтрів або обчислюється за формулами, наведеними в ДСН 3.3.6.039-99.

При дії непостійної вібрації (крім імпульсної) параметром, що нормується, є вібраційне навантаження (доза вібрації, еквівалентний коректований рівень), одержане робітником протягом зміни  та зафіксоване спеціальним приладом або обчислене для кожного  напрямку дії вібрації (X, У, 7!) за формулою

де и(ї) - коректоване за частотою значення параметра вібрації в момент часу м/с2, або м/с; * - час  дії вібрації, год; ^ - тривалість зміни, год.

При дії імпульсної вібрації з піковим рівнем віброприскорення від 120 до 160 дБ, параметром, що нормується, є кількість вібраційних імпульсів  за зміну (годину), в залежності від тривалості імпульсу (див. таблицю в ДСН 3.3.6.039-99).

Гігієнічні норми вібрації, що діє на людину у виробничих умовах, встановлені для тривалості 480 хв (8 год). При дії вібрації, яка перевищує  гранично допустимий рівень, сумарний час її дії протягом робочої зміни  повинен бути меншим.

Заходи та засоби захисту  від вібрації

Заходи та засоби захисту  від вібрації за організаційною ознакою  поділяються на колективні та індивідуальні (рис. 2.27). Колективні заходи та засоби віброзахисту можна розподілити  за такими напрямами:

- зниження вібрації в  джерелі її виникнення;

- зменшення параметрів  вібрації на шляху її поширення  від джерела;

- організаційно-технічні  заходи;

- лікувально-профілактичні  заходи.

Зменшення вібрації в джерелі її виникнення досягається шляхом застосування таких кінематичних та технологічних схем, які усувають чи мінімально знижують дію динамічних сил. Так, вібрація послаблюється при заміні кулачкових та кривошипних механізмів на механізми, що обертаються з рівномірною швидкістю, механічних приводів - на гідравлічні та ін. Зменшення вібрації досягається також статичним та динамічним зрівноважуванням механізмів та об'єктів, що обертаються. Слід зазначити, що дія динамічних сил може посилитись унаслідок спрацювання окремих механізмів, появи зазорів та люфтів, поганого зчеплення деталей, що призводить до посилення вібрації. При проектуванні устаткування важливо передбачити недопущення резонансних режимів його роботи. Це досягається раціональним вибором маси та жорсткості коливальної системи або частоти змушувальної сили.

Контакту працівника з  віброоб'єктом, а відтак і шкідливої  дії вібрації можна уникнути шляхом використання дистанційного керування, автоматичного контролю та сигналізації, а також застосування захисного  огородження. Якщо цього досягти  неможливо, то необхідно при контакті працівника з віброоб'єктом домогтися  зменшення параметрів вібрації на шляху  її поширення від джерела змушувальної сили. Цього можна досягти за допомогою  вібропоглинання, віброгасіння та віброізоляції. 
   Вібропоглинання (вібродемпфірування) полягає в штучному збільшенні втрат у коливальній системі; при цьому енергія вібрації перетворюється на теплову. На практиці для цього найчастіше використовують конструктивні матеріали з великим внутрішнім тертям (пластмаси, сплави марганцю та міді, магнієві сплави і т. ін.) або наносять на поверхні, що вібрують, шар пружно-в'язких матеріалів, які збільшують внутрішнє тертя в коливній системі (покриття поверхонь, що вібрують, гумою та пружно-в'язкими мастиками на основі полімерів, мащення вузлів та з'єднань). 
   Динамічне віброгасіння полягає у збільшенні реактивного опору коливної системи. Засоби динамічного віброгасіння за принципом дії поділяються на ударні та динамічні віброгасники. Останні за конструктивною ознакою можуть бути пружинними, маятниковими, ексцентриковими та гідравлічними. Вони зазвичай являють собою додаткову коливну систему, яка встановлюється на агрегаті, що вібрує, масою М та жорсткістю С (рис. 2.28). Причому маса т та жорсткість С цієї системи підібрані таким чином, що в кожний момент часу збуджуються коливання, які знаходяться в протифазі з коливаннями агрегату. Недоліком динамічних віброгасників є те, що вони налаштовані на певну частоту, яка відповідає їх резонансному режиму коливання. Для зниження вібрації застосовують також ударні віброгасники маятникового, пружинного і плаваючого типів. У них здійснюється перехід кінетичної енергії відносного руху елементів, що контактують, в енергію деформації з поширенням

напружень із зони контакту за елементами, що взаємодіють. Унаслідок  цього енергія розподіляється за об'ємом елементів віброгасника, які  зазнають взаємних ударів і спричинюють їх коливання. Одночасно відбувається розсіювання енергії внаслідок дії сил зовнішнього та внутрішнього тертя. Маятникові ударні віброгасники використовуються для гасіння коливань частотою 0,4-2,0 Гц, пружинні - 2-10 Гц, плаваючі - понад 10 Гц. 
   Віброгасники камерного типу призначені для перетворення пульсуючого потоку газу чи рідини на рівномірний. Такі віброгасники встановлюються на всмоктувальній та нагнітальній сторонах компресорів, на гідроприводах, водогонах тощо. Динамічне віброгасіння досягається також встановленням агрегату на масивному фундаменті (рис. 2.29). Маса фундаменту добирається таким чином, щоб амплітуда його коливань не перевищувала допустимих значень. 
   Віброізоляція полягає у введенні в коливну систему додаткового пружного зв'язку, який перешкоджає передачі вібрації від об'єкта, що вібрує, до основи, суміжних конструкцій чи людини. 
   Віброізоляція є єдиним ефективним способом зменшення вібрації, що передається на руки від ручного механізованого інструмента. Для цього держак відокремлюється від корпуса інструмента, що вібрує, за допомогою пружного елемента. 
  Пружні елементи, що вводяться в коливну систему (віброізолятори, амортизатори), можуть бути пружинні, гумові, гідравлічні, пневматичні та комбіновані.  
   Комплекс лікувально-профілактичних заходів захисту від вібрації передбачає: попередній та періодичні медичні огляди; заборону допуску до вібраційних робіт осіб молодших 18 років та таких, що мають відповідні протипокази у стані здоров'я; лікувальну гімнастику та масаж рук; спеціальні режими праці та відпочинку. Так, якщо допустимий сумарний час дії локальної вібрації більший за необхідний технологічний час праці за зміну, то він повинен довільно розподілятися у межах робочої зміни з додержанням двох регламентованих перерв (перша - 20 хв за 1-2 год від початку роботи; друга - 30 хв через 2 год після обідньої перерви) та обідньої перерви не менше ніж 40 хв. 
   Засоби індивідуального захисту (313) від вібрації за місцем контакту працівника з об'єктом, що вібрує, поділяються на: 313 для рук (рукавиці, рукавички, прокладки); 313 для ніг (спеціальне взуття, підметки, килими, наколінники); 313 для тіла (нагрудники, пояси, спеціальні костюми). 
    
   Для вимірювання вібрації, як правило, застосовують прилади, принцип роботи яких базується на перетворенні кінематичних параметрів вібрації в електричні, що вимірюються чи фіксуються на папері або плівці. Як первинні вимірювальні засоби (давачі) використовуються ємнісні, індукційні, п'єзоелектричні перетворювачі вібропереміщення, віброшвидкості, віброприскорення. Параметри вібрації вимірюють віброметрами ВМ-1, ВИП-2, апаратурою контрольно-сигнального вібровимірювального типу ВВК-003, ВВК-005, вимірювачами шуму та вібрації ВШВ-003.