Исследование вибрации. Измерение вибрации

Общие сведения о вредных и опасных производственных факторах

К вредным и опасным производственным факторам относятся: шум, вибрация, электростатические поля, ионизирующие излучения.

Практически все производственные процессы, эксплуатация машин и механизмов, энергетических установок сопровождаются возникновением шумов и вибраций различной частоты и интенсивности, оказывающих неблагоприятное влияние на организм человека.

С точки зрения безопасности труда шум и вибрация – одни из наиболее распространенных вредных производственных факторов на производстве, которые при определенных условиях могут выступать как опасные производственные факторы.

Шум - совокупность звуков различной частоты и интенсивности, воспринимаемых органами слуха человека и вызывающих неприятное субъективное ощущение.

Звуковые колебания, воспринимаемые органами слуха человека, являются механическими колебаниями, распространяющимися в упругой среде (твердой, жидкой или газообразной).

Характеристика шума

1. Шум зависит от вида источника его образования и делится на:

· механический – образуется в результате работы различных механизмов с неуравновешенными массами вследствие их вибрации, а также одиночных или периодических ударов в соединениях деталей;

· ударный - ковка, клепка;

· аэродинамический - при движении воздуха по трубопроводам, вентиляционным системам (возникает вследствие стационарных и нестационарных процессов в газах - истечение сжатого воздуха или газа из отверстий, пульсация давления при движении потоков воздуха или газа в трубах и т.д.);

· взрывной - при работе двигателей внутреннего сгорания, дизелей.

2. По типу спектра шум можно классифицировать как:

· дискретный (линейчатый с большими интервалами) – например, удар молота;

· сплошной (с бесконечно малыми интервалами) – например, вой сирены;

· смешанный (характеризуется отдельными пиковыми составляющими на фоне сплошного спектра) – например, перестук колес вагона

3. По характеру спектра шум может быть:

· широкополосным (непрерывный спектр шириной более одной октавы);

· тональный (в спектре имеются слышимые дискретные тона);

4. Временная характеристика шума:

1. постоянный (уровень звука за 8-ми часовой рабочий день изменяется незначительно);

2. непостоянный:

· колеблющийся (уровень интенсивности звука непрерывно меняется);

· прерывистый (уровень звука резко падает до фонового значения, длительность интервалов интенсивности звука более 1 секунды);

· импульсивный (состоит из одного или нескольких сигналов с длительностью каждого менее 1 секунды)

5. По частоте шум различают:

· низкочастотный (до 350 Гц);

· среднечастотный (350-800 Гц);

· высокочастотный (> 800 Гц)

Наибольшую опасность для человека представляют тональные высокочастотные непостоянные шумы. Шум в 10-20 дБ (шум листвы, леса и др. звуки природы) необходим человеку для нормального существования.

Длительное воздействие повышенного или пониженного уровня шума оказывает вредное воздействие на организм человека:

· возникает переутомление и истощение клеток головного мозга, появляется бессонница, ухудшается внимание, снижается общая работоспособность и производительность труда;

· развивается гипертоническая болезнь;

· ослабление слуха вплоть до развития тугоухости. Длительное (в течение 5-7 лет) воздействие шума 80-90 дБ приводит к профессиональной глухоте. Тугоухость - стойкое снижение слуха, затрудняющее восприятие речи окружающих в обычных условиях.

Иногда шум временно:

· активизирует или постоянно подавляет определенные технические процессы организма человека;

· нарушаются функции слуха, действие анализаторов вестибулярного аппарата;

· нарушается деятельность нервной и пищеварительной систем, системы кровообращения;

· шум влияет на углеводный, жировой и белковый обмен веществ;

· постоянный шум может привести к снижению скорости движения глаз, сужению поля зрения, изменению цветового восприятия, нарушению равновесия, потере болевой чувствительности;

· при частоте вибрации 5Гц наблюдается особенно интенсивный резонанс отдельных органов (разрывы), наибольшее нарушение остроты зрения наблюдается при вибрации 10-25 Гц;

· шум имеет свойство накапливаться в организме.

Вибрация - механические, чаще всего синусоидальные колебания, возникающие в машинах и аппаратах. Процесс вибрации широко используется в различных технологических процессах - прессовании, просеивании, уплотнении и др. Шумом и вибрацией сопровождается работа при вращательном, возвратно-поступательном движении (зубчатые передачи, подшипниковые узлы, соединительные муфты и т.п).

Причиной вибрации являются неуравновешенные силовые воздействия. Вибрация находит полезное применение в медицине (вибромассаж) и в технике (вибраторы).

Все виды техники, имеющие движущиеся узлы, создают механические колебания. Увеличение быстродействия и мощности техники приводит к резкому повышению уровня вибрации. В механизмах с вращающимися частями почти всегда возникает вибрация, т.к. уравновесить все элементы механизмов практически невозможно. Вибрация машин может приводить к нарушению функционирования техники и даже к серьезным авариям.

Если внешние силы воздействуют на человека с частотами, близкими к частотам колебательных процессов в организме, возникает явление резонанса с резким увеличением амплитуды колебаний как всего тела, так и отдельных органов, что может привести к травмам позвоночника и костной ткани, нарушениям зрения, а у женщин возможны преждевременные роды. Для тела человека в положении сидя резонанс наступает при частоте 4-6Гц, для головы 20-30 Гц.

В зависимости от характера контакта тела рабочего с оборудованием различают общую и локальную (местную) вибрации:

1. локальная (местная) - передается через руки работающего. Ей подвергаются при работе с механизированными электрическими и пневматическими инструментами. Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов, которые начинаются с концевых фаланг пальцев и распространяется на всю кисть, предплечье, захватывает сосуды сердца.

2. Общая (вибрация рабочих мест, передается через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека) - вызывает сотрясение всего организма.

Общая вибрация делится на категории:

Категория 1 – транспортная вибрация, воздействующая на оператора на рабочих местах самоходных и прицепных машин и транспортных средств при их движении по местности; при этом оператор может активно регулировать воздействие вибрации.

Категория 2 – транспортно-технологическая вибрация, воздействующая на человека-оператора на рабочих местах машин с ограниченной подвижность при перемещении их по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, при этом оператор иногда может регулировать действие вибрации.

Категория 3б – вибрация на рабочих местах работников умственного труда и персонала, не занимающегося физическим трудом. К ней относятся рабочие места на промышленных кранах, у станков метало- и деревообрабатывающих, кузнечно-прессового оборудования, литейных машин и другого стационарного оборудования.

Иногда работающий может одновременно подвергаться общей и местной вибрации (комбинированная вибрация).

Длительное воздействие вибрации ведет к возникновению профессионального заболевания - вибрационной болезни, в развитии которой различают 4 стадии:

1. начальная стадия - характеризуется слабо выраженной болью в руках, снижением порога вибрационной чувствительности, спазмом капилляров, болями в мышцах плечевого пояса.

2. вторая стадия - усиливаются боли в верхних конечностях, наблюдается расстройство чувствительности, снижается температура и синеет кожа кистей рук, появляется потливость. При прекращении действия вибрации на 1 и 2 стадии лечение эффективно, а изменения обратимы.

3. третья и четвертая стадии - характеризуются интенсивными болями в руках, резким снижением температуры кистей рук, появляются нарушения в деятельности нервной, эндокринной, сердечно-сосудистой системы вплоть до спазмов сосудов головного мозга и сердца. У больных наблюдаются головокружения, головные и загрудинные боли. Все изменения имеют стойкий характер и необратимы.

Вибрация опасна не только для здоровья человека, но и для технологического оборудования, строительных конструкций.

Распространяясь по конструкции, вибрации могут вызвать ее необратимые деформации, быстрый износ вращающихся частей оборудования вследствие дисбаланса.

Методы защиты от шума и вибрации

Основными методами являются:

· устранение причин шума и вибрации или существенное их ослабление в источнике образования;

· изоляция источников шума и вибрации от окружающей среды средствами звуко- и виброизоляции, звуко- и вибропоглощения.

Звукопоглощение - способность материала или конструкции поглощать энергию звуковых волн, которая в узких каналах и порах материала трансформируется в другие виды энергии, в основном тепловую.

Звукоизоляция - создание специальных строительных устройств - преград (в виде стен, перегородок, кожухов), препятствующих распространению шума из одного помещения в другое или в одном и том же помещении.

Существует – 2 вида вибропоглощения:

· вибродемпфирование - уменьшение уровня вибрации защищаемого объекта, достигаемое превращением энергии механических колебаний в др. виды энергии, чаще всего в тепловую;

· виброгашение - снижение уровня вибрации защищаемого объекта, достигаемое введением в колебательную систему дополнительных реактивных сопротивлений.

Виброизоляция - снижение уровня вибрации защищаемого объекта, достигаемое уменьшением передачи колебаний от их источника.

Бывает активной, пассивной:

· применение средств, снижающих шум и вибрацию на пути их распространения;

· акустическая обработка (уменьшение отражений от стен, перекрытий);

· архитектурно-планировочные решения с рациональным размещением технологического оборудования, машин, механизмов;

· организационно-технические мероприятия (малошумные технологические процессы, оснащение машин дистанционным управлением, рациональный режим труда и отдыха работающих);

· применения средств индивидуальной защиты;

· профилактические мероприятия медицинского характера.

В зависимости от способа передачи на человека различают общую и локальную вибрации. Общая вибрация передается через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека. Локальная вибрация передается через руки. Вибрация, воздействующая на ноги сидящего человека и на предплечья контактирующее с вибрирующими поверхностями рабочих органов машин, может быть отнесена к локальной вибрации.

К факторам усугубляющим воздействия на человека вибрации, относятся шум высокой интенсивности (80-95 дБ), неблагоприятные условия микроклимата, пониженное и повышенное атмосферное давление и др. При работе с пневматическими ручными машинами имеет место охлаждение рук отработанным воздухом и холодным металлом корпуса машины. Неблагоприятные микроклиматические условия труда могут иметь место в подземных и открытых горных выработках, обогатительных фабриках. Особенно сказываются неблагоприятные климатические условия Крайнего Севера, Дальнего Востока и других регионов с преобладающим воздействием низких температур.

Существенным фактором, усугубляющим воздействием вибрации на организм человека при работе с ручными машинами, является статическое мышечное напряжение. При работе с отбойными молотками и перфораторами осевое усилие нажатия на инструмент во время рабочей операции доходит до 300 Н и более. При бурении горизонтально или вверх максимальное усилие, которое в состоянии развить работающий, составляет 180-230 Н. при направлении инструмента вниз значительные усилия осуществляются совместно мышцами верхних конечностей, туловища и ног.

Действие вибрации определяется характером ее распространения по телу человека, которое рассматривается как сочетание масс с упругими элементами. У стоящего человека - это все туловище с нижней частью позвоночника и тазом, у сидящего - верхняя часть туловища в сочетании с верхней частью позвоночника.

Особенности воздействия производственной вибрации определяются частотным спектром, то есть распределением по частотам энергии колебания. Ручные машины, вибрация которых имеет максимальные уровни в низкочастотной части спектра, вызывают вибрационную патологию с преимущественным поражением нервно-мышечного и опорно-двигательного аппаратов. При работе с ручными машинами, вибрация которых имеет максимальный уровень энергии в высокочастотной области спектра, возникают главным образом, сосудистые расстройства с наклонностью к спазму периферических сосудов.

При воздействии общей вибрации разных параметров имеет место различная степень выраженности изменений в центральной и вегетативной нервной системе, сердечно-сосудистой системе, обменных процессах, вестибулярном аппарате.

У водителей тяжелых машин скреперистов, бульдозеристов, экскаваторщиков вибрационная болезнь возникает в результате воздействия общей и локальной вибрации. На фоне общего поражения нервной системы наблюдаются вегетативно-сосудистые, вестибулярные и корешковые расстройства.

Вибрацию по способу передачи энергии на человека условно подразделяют на локальную, передающуюся на участки тела человека, и общую, передающуюся через опорные поверхности на тело человека.

Характер воздействия производственной вибрации определяется уровнями, частотным спектром, физиологическими свойствами тела человека. При интенсивном колебании и длительности воздействия вибрации возникают изменения, приводящие в ряде случаев к развитию профессиональной патологии - вибрационной болезни.

К основным проявлениям вибрационной патологии относятся нейрососудистые расстройства рук, сопровождающиеся интенсивными болями после работы и по ночам, снижением всех видов кожной чувствительности, слабостью в кистях рук. Нередко наблюдается так называемый феномен «мертвых» или белых пальцев. Параллельно развиваются мышечные или костные изменения, а также расстройства нервной системы по типу неврозов

Современное горнодобывающее производство является высокомеханизированной отраслью промышленности. Значительная концентрация машин и механизмов, применяемых для разрушения, погрузки, доставки и переработки рудного сырья, использование энергии сжатого воздуха и удара приводят к образованию уровней вибраций и шума на рабочих местах горнорудных предприятий, превышающих предельно допустимые уровни.

В связи с этим персонал, обслуживающий горные машины, подвергается воздействию вибрации и шума. Проблема защиты от шума в последние годы стала весьма актуальной.

Установлено, что высокие уровни шума в отдельных случаях снижают производительность труда на 15-20 %. Таким образом, проблема борьбы с шумом имеет большое значение.

В результате исследований, выполненных сотрудниками ВНИИБТГ, в опытно-конструкторском бюро разработана рабочая документация на создание средств снижения уровня шума измельчительного оборудования горнорудного производства: конусной дробилки и шаровой мельницы.

Основной источник шума дробилок -удары, возникающие при дроблении неоднородных по размерам и физическим свойствам кусков материала под действием динамических усилий. При дроблении образуются упругие деформации, которые передаются на сопрягаемые элементы корпуса и опорного кожуха дробилки, вызывая их интенсивные вибрации. Кроме того, последние возникают в результате контактного зацепления зубьев колес привода, неуравновешенности масс дробящих деталей, ударов кусков дробимого материала по распределительной плите и загрузочной воронке.

Шум в мельнице возникает вследствие вибраций ее корпуса под действием ударов шаров по футеровочным плитам. На низких частотах наблюдается рост уровня ударного шума, который обусловлен увеличением коэффициента излучения корпуса мельницы по мере возрастания частоты.

Изучение конструкций измельчительных установок и процесса эксплуатации в отделении измельчения позволяет выявить причины, определяющие повышенные уровни шума. К наиболее интенсивным излучателям шума относятся: загрузочное устройство, внутренние и внешние поверхности барабана, поверхности зубчатого зацепления и разгрузочные патрубки.

Снижение уровня шума измельчительного оборудования и доведение его до санитарных норм возможно при условии выполнения следующих мероприятий: звукоизоляции и звукопоглощения загрузочного устройства, теплозвукоизолирующих покрытий загрузочных и разгрузочных патрубков, звукоизолирующего покрытия торцевых стенок и цилиндрической части барабана мельницы, звукоизолирующего ограждения зубчатого зацепления и пружин, звукоизоляции нижней части корпуса дробилки.

Звукоизоляция и звукопоглощение загрузочного устройства измельчительного оборудования включают звукоизолирующее ограждение кожуха воронки в области падения измельчаемой горной породы, звукоизоляцию щели между загрузочным устройством и загрузочной воронкой.

Звукопоглощающие элементы выполнены из звукопоглотителя типа БЗМ, который помещен в чехлы из стеклоткани и закреплен с помощью сетки. Щель между загрузочным устройством и разгрузочной воронкой дробилки звукоизолирована с помощью конструкций из откидных секций, прикрепленных к кожуху и размещенных между загрузочной воронкой и колонками.

Звукоизолирующее покрытие патрубков выполняют из слоя звукопоглощающего материала типа БЗМ, закрепленного сеткой. Сверху этот слой покрывают асбестоцементным раствором. В качестве защитного слоя используют листовую сталь.

Средства звукоизоляции барабана шаровой мельницы включают звукоизолирующую оболочку на цилиндрической части барабана мельницы и звукопоглощающие полуцилиндрические элементы, установленные с обоих торцев мельницы. Звукоизолирующую оболочку изготовляют из стального каркаса, с внутренней стороны которого укреплена объемная металлическая сетка со слоем асбестоцементного раствора. Зазор между барабаном и покрытием заполнен звукопоглощающим материалом (базальтовое волокно), помещенным в чехол из фильтровальной ткани.

С целью предохранения жесткой посадки покрытия на барабан предусмотрены упругие прокладки ПРП-40--К-30.300, закрепленные в полуцилиндрических обоймах вдоль продольных ребер элементов покрытия.

Звукоизолирующее ограждение включает ограждения венца с элементами уплотнения зазоров между подвижными и неподвижными частями, вал-шестерни, а также виброизоляторы. Особенность его конструкции состоит в том, что улучшена звукоизоляция люков за счет защемления упругих элементов из мягкой резины.

Таким образом, внедрение комплекса технических решений, направленных на снижение шума измельчительных установок, позволит уменьшить уровень шума по шкале А, равный 20--25 дБ, что обеспечит санитарно-гигиенические условия труда обслуживающего персонала.

вибрация шум безопасность производство

Под вибрацией обычно понимают сложные колебания в механических системах. С физической точки зрения между шумом и вибрацией принципиальной разницы нет. Отличие лишь в восприятии: вибрация воспринимается вестибулярным аппаратом и органами осязания, а шум - органами слуха. Вибрация представляет собой процесс распространения механических колебаний в твердом теле. Колебания механических тел с частотой ниже 20 Гц воспринимается как вибрация, а с частотой выше 20 Гц - одновременно и как вибрация и как звук.

Принято различать общую и локальную вибрацию . Общая вибрация действует на весь организм человека через опорные поверхности - сидение, пол; локальная вибрация оказывает действие на отдельные части тела.

Источники вибрации: ручной пневмоинструмент, а также различные технологические процессы, механизмы, машины и их рабочие органы (двигатели внутреннего сгорания, выбивные решетки литейных цехов, формовочные, центробежные машины, рубильные молотки, трамбовки, кузнечно-прессовое оборудование, шлифовальные и полировальные станки, гидропескоструйное, дробеструйное, виброабразивное оборудование и др.).

Характер воздействия вибрации на человека зависит от диапазона частот колебаний, направления их действия, продолжительности воздействия, вида вибрации. Общая вибрация с частотой ниже 0,7 Гц (качка) приводит к морской болезни. Вибрация с частотой 6-9 Гц (совпадает с частотой колебания внутренних органов) может привести к разрыву тканей и внутренним кровоизлияниям. Локальная вибрация вызывает спазмы кровеносных сосудов, способствует отложению солей, при длительном воздействии вызывает хроническое профзаболевание - вибрационную болезнь. Как при общей, так и при локальной вибрации нарушается деятельность центральной нервной системы.

Основные характеристики вибрации: частота f, (герц), виброскорость v (метр за секунду), амплитуда колебаний А (миллиметр).

Абсолютные значения параметров вибрации меняются в широких пределах, поэтому введено понятие уровня виброскорости, измеряемое в децибелах:

L v = 20 lg (v /v 0) ,

где v 0 - пороговое значение виброскорости, v 0 = 5 10 -8 м /с.

В соответствии с ГОСТ 12.1.012-90 ССБТ «Вибрация. Общие требования безопасности» нормирование вибронагрузки осуществляется отдельно в каждой стандартной октавной полосе, различно для общей и локальной вибраций. Общая вибрация нормируется с учетом свойств источника ее возникновения и делится на вибрацию: транспортную, транспортно-технологическую и технологическую. Нормируемыми параметрами являются уровни виброскорости в октавных полосах частот (2, 4, 8, 16, 32, 63 Гц) или амплитуды перемещений. Нормы по ограничению локальной вибрации - в октавных полосах со среднегеометрическими значениями 8, 16, 32, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц.

Методы снижения вибрации:

Уменьшение уровня вибрации в самом источнике за счет совершенствования конструкций машин и процессов;

Отстройка от режима резонанса (изменением массы или жесткости системы и др.);

Вибродемпфирование (вибропоглощение) - использование конструктивных материалов с большим внутренним трением, нанесение на вибрирующие поверхности слоя упруговязких материалов, обладающих большими потерями на внутреннее трение (пластмассы, дерево, резина);

Виброизоляция при помощи устройства амортизаторов, т.е. введение в колебательную систему дополнительной упругой связи;

Активная виброзащита - введение дополнительного источника энергии, осуществляющего обратную связь от изолируемого объекта к системе виброизоляции;

Средства индивидуальной защиты (обувь, перчатки, накладки, антивибрационные пояса, подушки, прокладки, виброгасящие коврики, виброгасящая обувь);

Режим труда и отдыха (не более 2/3 рабочей смены действие вибрации), перерывы, ежегодные медицинские осмотры;

Социально-гигиенические мероприятия.

Вибрацией называют механические колебания, испытываемые каким-то телом. Причиной вибрации являются неуравновешенные силовые воздействия. Вибрации находят применения в медицине и технике, однако длительное воздействие вибрации на человека является опасными.
В соответствии с ГОСТ вибрацию классифицируют следующим образом.
· По способу передачи на человека вибрацию подразделяют на общую, передающуюся через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека, и локальную, передающуюся через руки 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, при 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 разбивается на октавные полосы. 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.
а) Общая вибрация - это колебание всего тела, передающееся с рабочего места.
При длительном воздействии общей вибрации возможны механические повреждения тканей, органов и различных систем организма (особенно при возникновении резонанса собственных колебаний тела и внешних воздействий). Вот почему механическое воздействие вибрацией часто ведет к возникновению многообразных патологических реакций у водителей грузовых машин, трактористов, летчиков и т. д.
б) Локальная вибрация - действует на отдельные части орга-низма (верхние конечности, плечевой пояс, сосуды сердца).
При исследовании особенностей механического эффекта воздействия локальной вибрации на организм человека было установлено, что вибрация, приложенная к любому участку, генерируется по всему телу. Зона распространения при воздействии низкой частоты вибрации больше, так как поглощение колебательной энергии при ней в структурах тела меньше. При систематическом вибрационном воздействии низкочастотных колебаний в первую очередь поражаются мышцы, и тем сильнее, чем большего мышечного напряжения требует работа с инструментом.
У рабочих, длительное время использующих ручные машины, возникают, разнообразные изменения в мышцах плечевого пояса, рук и кистей. Связано это как с непосредственной травматизацией мышц, так и с нарушениями регуляции вследствие поражений ЦНС. Под влиянием локальной вибрации возникают также костно-суставные изменения, особенно в локтевых и лучезапястных суставах, в мелких суставах кистей. Костно-суставные деформации происходят из-за нарушения дисперсности тканевых коллоидов, в результате чего кость теряет способность связывать соли кальция.
Действие вибрации на вестибулярный аппарат приводит к возникновению разнообразных вестибулосоматических и вестибуловегетативных реакций. Воздействие на зрение, особенно на резонансных частотах 20—40 и 60—90 Гц, увеличивает амплитуду колебаний глазного яблока и ухудшает остроту зрения, снижает цветовую чувствительность, суживает границы поля зрения.
Методы снижения вибрации:
1. Снижение вибрации в источнике ее возникновения.
2. Конструктивные методы (виброгашение, виброденфирование - подбор опр. видов материалов, виброизоляция).
3. Организационные меры - организация режима труда и отдыха.
4. Использование средств индивидуальной защиты (защита опорных поверхностей)