Описание лабораторной установки
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВИБРАЦИИ
Методические указания к лабораторной работе №3
по дисциплине
«Безопасность жизнедеятельности»
Волгоград 2008
УДК 69.05.658.382
Исследование параметров вибрации: Метод. указ./ Сост. В.И. Ярошенко, Н.С. Пономарева, В.П. Букаткин - Волгоград: ВолгГАСУ, 2008 г.
Излагаются теоретические положения, санитарное нормирование параметров вибрации, методика экспериментальных определений параметров вибрации.
Приводится схема и описывается принцип действия лабораторной установки, оценка полученных результатов.
Для студентов всех специальностей и форм обучения, изучающих дисциплину «Безопасность жизнедеятельности», а также для студентов, занимающихся НИРС и УИРС.
Ил. . Табл. . Библиогр. назв.
Цель работы
Приобретение практических навыков в измерении и оценке параметров производственной вибрации на рабочих местах и оценка эффективности мероприятий по виброзащите рабочих мест.
Теоретическая часть
Производственная вибрация является одним из распространённых физических факторов рабочей среды.
Вибрация с точки зрения охраны труда – это производственные сотрясения организма рабочего. Категории вибрации представлены в табл.1 [2].
Вибрация с инженерной точки зрения – это сложный колебательный процесс, возникающий при периодическом смещении центра тяжести какого-либо тела от положения равновесия, а также при периодическом изменении формы тела, которую оно имело в статическом состоянии.
Длительное воздействие вибраций с неблагоприятными параметрами на организм человека может привести к развитию преждевременного утомления, снижению производительности труда, росту заболеваемости и нередко к возникновению профессиональной патологии – вибрационной болезни.
Максимальное отклонение тела от положения устойчивого равновесия называется амплитудой – a, которая измеряется в линейных единицах (метрах или сантиметрах).
Параметры вибрации:
- частота, [Гц];
- амплитуда, [м];
- скорость, [м/с];
- ускорение, [м/с2];
- уровень вибрации, [дБ].
Скорость является первой производной смещения во времени
 , м/с | (1) |
Ускорение – вторая производная смещения во времени
 , м/с2 | (2) |
Для санитарного нормирования и контроля ввиду сложности процесса используются средние квадратичные значения параметра W.
Уровень виброускорения определяют по формуле:
 , дБ, | (3) |
где W – среднее квадратичное значение виброускорения, м/с2.
Уровень виброскорости определяется по формуле:
 , дБ, | (4) |
где V – среднее квадратичное значение виброскорости, м/с.
Соотношения между значениями виброскорости (м/с) и их логарифмическими уровнями (дБ) представлены в табл. 2.
Воздействие вибрации на рабочего классифицируется:
- по способу передачи вибрации различают общую и локальную вибрации;
- по направлению действия вибрации – для общей вибрации: ось Z0 – вертикальная ось, ось X0 – горизонтальная от спины к груди, Y0 – горизонтальная от правого плеча к левому; для локальной вибрации: оси XЛ, YЛ, ZЛ;
- по временной характеристике вибрации: постоянная вибрация, для которой спектральный или корректированный по частоте контролируемый параметр за время наблюдения изменяется не более чем в 2 раза (на 6 дБ); непостоянная вибрация, для которой эти параметры за время измерения изменяются более чем в 2 раза (на 6 дБ).
Таблица 1 - Общая вибрация. Категории вибрации и критерии оценки неблагоприятного воздействия вибрации
| Категория вибрации по санитарным нормам | Характеристика условий труда | Пример источников вибрации |
| Транспортная вибрация, действующая на операторов подвижных самоходных и прицепных машин и транспортных средств при их движении по местности, агрофонам и дорогам, в том числе при их строительстве. | Тракторы с/х и промышленные, машины для обработки почвы, уборки и посева с/х культур; автомобили, строительно-дорожные машины, в том числе бульдозеры, скреперы, грейдеры, катки, снегоочистители и т.п.; самоходный горно-шахтный транспорт. | |
| Транспортно-технологическая вибрация, воздействующая на операторов машин с ограниченной подвижностью, перемещающихся только по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок и горных выработок | Экскаваторы, краны промышленные и строительные, машины для загрузки мартеновских печей; горные комбайны; шахтные погрузочные машины; самоходные бурильные каретки; путевые машины, путеукладчики; напольный производственный транспорт. | |
| 3 тип «а» | Технологическая вибрация, воздействующая на операторов стационарных машин и оборудования или передающаяся на рабочие места, не имеющие источников вибрации. | Станки метало- и деревообрабатывающие, кузнечнопрессовое оборудование, литейные машины, электрические машины, насосные агрегаты, вентиляторы, буровые станки, оборудование промышленности стройматериалов (кроме бетоноукладчиков), установки химической и нефтехимической промышленности, стационарное оборудование с/х производства. |
| 3 тип «в» | Вибрация на рабочих местах работников умственного труда и персонала, не занимающегося физическим трудом | Диспетчерские, заводоуправления, конструкторские бюро, лаборатории, учебные помещения, вычислительные центры, конторские помещения, здравпункты и т.д. |
Таблица 2 - Соотношения между значениями виброскорости (м/с) и их логарифмическими уровнями (дБ)
| Логарифмический уровень, кратный 10 дБ | Единицы, дБ | |||||||||
| 1,6·10-5 | 1,8·10-5 | 2,0·10-5 | 2,2·10-5 | 2,5·10-5 | 2,8·10-5 | 3,2·10-5 | 3,5·10-5 | 4,0·10-5 | 4,5·10-5 | |
| 5,0·10-5 | 5,6·10-5 | 6,3·10-5 | 7,1·10-5 | 7,9·10-5 | 8,9·10-5 | 1,0·10-4 | 1,1·10-4 | 1,3·10-4 | 1,4·10-4 | |
| 1,6·10-4 | 1,8·10-4 | 2,0·10-4 | 2,2·10-4 | 2,5·10-4 | 2,8·10-4 | 3,2·10-4 | 3,5·10-4 | 4,0·10-4 | 4,5·10-4 | |
| 5,0·10-4 | 5,6·10-4 | 6,3·10-4 | 7,1·10-4 | 7,9·10-4 | 8,9·10-4 | 1,0·10-3 | 1,1·10-3 | 1,3·10-3 | 1,4·10-3 | |
| 1,6·10-3 | 1,8·10-3 | 2,0·10-3 | 2,2·10-3 | 2,5·10-3 | 2,8·10-3 | 3,2·10-3 | 3,5·10-3 | 4,0·10-3 | 4,5·10-3 | |
| 5,0·10-3 | 5,6·10-3 | 6,3·10-3 | 7,1·10-3 | 7,9·10-3 | 8,9·10-3 | 1,0·10-2 | 1,1·10-2 | 1,3·10-2 | 1,4·10-2 | |
| 1,6·10-2 | 1,8·10-2 | 2,0·10-2 | 2,2·10-2 | 2,5·10-2 | 2,8·10-2 | 3,2·10-2 | 3,5·10-2 | 4,0·10-2 | 4,5·10-2 | |
| 5,0·10-2 | 5,6·10-2 | 6,3·10-2 | 7,1·10-2 | 7,9·10-2 | 8,9·10-2 | 1,0·10-1 | 1,1·10-1 | 1,3·10-1 | 1,4·10-1 | |
| 1,6·10-1 | 1,8·10-1 | 2,0·10-1 | 2,2·10-1 | 2,5·10-1 | 2,8·10-1 | 3,2·10-1 | 3,5·10-1 | 4,0·10-1 | 4,5·10-1 | |
| 5,0·10-1 | 5,6·10-1 | 6,3·10-1 | 7,1·10-1 | 7,9·10-1 | 8,9·10-1 | 1,0 | 1,1 | 1,3 | 1,4 |
Вибрационная нагрузка на оператора нормируется для каждого направления действия вибрации.
Показатели вибрационной нагрузки на оператора должны формироваться их следующих параметров: виброускорение, виброскорость, диапазон частот, время воздействия вибрации.
Нормируемый диапазон частот устанавливается:
– для локальной вибрации в октавных полосах со среднегеометрическими частотами: 1; 2; 4; 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 1000 Гц;
– для общей вибрации в октавных полосах со среднегеометрическими частотами: 1; 2; 4; 8; 16; 31,5; 63 Гц.
Время воздействия вибрации принимается равным длительности непрерывного или суммарного воздействия, измеряемого в минутах или часах.
Норму вибрационной нагрузки на оператора устанавливают для 8 ч времени, соответствующего длительности рабочего дня, в зависимости от временной структуры рабочей смены.
При постоянной вибрации норму вибрационной нагрузки на оператора устанавливают в виде нормативных спектральных или корректированных по частоте значений контролируемого параметра для воздействия вибрации в течение 8 ч, а также в виде зависимости этих значений от длительности воздействия вибрации.
Если постоянная вибрация воздействует с перерывами, то норма назначается для суммарной длительности воздействуя с учётом коэффициентов или корректирующих зависимостей, учитывающих восстановительные процессы в организме во время перерыва.
При непостоянной вибрации нормой вибрационной нагрузки на оператора являются нормативные значения дозы вибрации или эквивалентного корректированного значения контролируемого параметра.
В соответствии с ГОСТ 12.1.012-90 вводятся следующие категории вибрации и критерии оценки неблагоприятного воздействия вибрации (табл.1).
Санитарные нормы спектральных показателей вибрационной нагрузки на оператора для общей и локальной вибраций представлены в табл. 3, 4.
Таблица 3 - Санитарные нормы спектральных показателей вибрационной нагрузки на оператора
Общая вибрация
| Среднегеометрические частоты полос, Гц | Нормативные значения виброскорости, в 1/1 окт., дБ | Нормативные значения виброускорения, в 1/1 окт., дБ | ||||||||
| Общая вибрация, кат. 1 | Общая вибрация, кат. 2 | Общая вибрация, кат. 3 «а» | Общая вибрация, кат. 3 «b» | Общая вибрация, кат. 1 | Общая вибрация, кат. 2 | Общая вибрация, кат. 3 «а» | Общая вибрация, кат. 3 «b» | |||
| Z0 | X0, Y0 | X0, Y0 | X0, Y0 | X0, Y0 | Z0 | X0, Y0 | X0, Y0 | X0, Y0 | X0, Y0 | |
| 1,0 | – | – | – | – | – | – | ||||
| 2,0 | ||||||||||
| 4,0 | ||||||||||
| 8,0 | ||||||||||
| 16,0 | ||||||||||
| 31,5 | ||||||||||
| 63,0 |
Защита человека от неблагоприятного воздействия вибрации является обязательной.
Средства защиты от вибрации делятся на коллективные и индивидуальные. Средства коллективной защиты, в свою очередь, делятся на воздействующие, на источник возбуждения и средства защиты от вибрации на путях её распространения.
К первым относятся такие средства защиты, как широко распространённые динамическое уравновешивание, антифазная синхронизация, изменение характера возмущающих воздействий, изменение конструктивных элементов источника возбуждения, изменения частоты колебаний. Они используются, как правило, на этапе проектирования или изготовления машин.
Средства защиты от вибрации на путях её распространения могут быть заложены в проектах машин и производственных участков, а могут быть применены на этапе эксплуатации (рис.1).
Средством защиты рабочего места от вибрации является виброизоляция – это устранение жёстких связей между неуравновешенными машинам, оборудованием и конструкцией здания, сооружения.
Таблица 4 - Санитарные нормы спектральных показателей вибрационной нагрузки на оператора
Локальная вибрация
| Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц | Нормативные значения в направлениях | |
| Виброскорость, дБ | Виброускорение, дБ | |
| 31,5 | ||
| 63,0 | ||
| 125,0 | ||
| 250,0 | ||
| 500,0 | ||
| 1000,0 |
Рис. 1. Классификация методов и средств защиты от вибрации
ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
Исследование параметров вибрации проводится на лабораторной установке (рис.2). В качестве источника вибрации использован электродвигатель (1). На оси электродвигателя под кожухом (2) вращается маховичок с дисбалансом (3), создающий вибрацию. Текстолитовая плита (4) основания электродвигателя крепится к столу (5) с помощью пружинных амортизаторов (6). В тех случаях, когда необходимо защитить рабочее место от вибрирующего основания, устраивается пассивная виброизоляция в виде прокладок (7) из пористой резины, поролона и т.п.
Измерение значений виброскорости, размаха виброперемещения производится с помощью виброизмерительного прибора ВИП-2 (8). Пуск электродвигателя (1) производится пусковым устройством (11).
Прибор ВИП-2 позволяет производить измерения размаха виброперемещения от 0,002 до 0,5 мм и виброскорости от 0,1 до 100 мм/с в частотном диапазоне 12,5 - 200 Гц.
ВИП-2 состоит из двух блоков: виброизмерительного прибора (8) магнитоэлектрического датчика (9). Передняя панель виброизмерительного прибора оснащена стрелочным индикатором (10), показывающим значение размаха виброперемещения и виброскорости и двумя переключателями «Род работы» и «Пределы измерения».
Переключатель «Род работы» имеет 4 положения:
1) «Откл.» – питание прибора отключено;
2) «Контр. питания» – контролируется наличие и величина питания;
3) «μm» – положение, при котором измеряется размах виброперемещения в микрометрах;
4) «mm/s» – положение, при котором измеряется значение виброскорости в мм/с.
Переключатель «Пределы измерения» имеет 5 положений: 
.
Значения, указанные в числителе, показывают пределы измерения размаха виброперемещения в микрометрах (μm), в знаменателе – виброскорость, мм/с.
При определении амплитуды смещения следует помнить, что индикатор показывает значение размаха виброперемещения или двойную амплитуду. В ВИП-2 в качестве приёмника использован магнитно-электрический датчик (9), который воспринимает колебания вибрирующего объекта и преобразует их в электрические колебания. Электрический сигнал, снимаемый непосредственно с датчика, поступает на вход стрелочного индикатора, выполненного в виде микроамперметра, со шкалой градуированной в мм/с (mm/s), для измерения виброскорости и в микрометрах (μm) – для измерения размаха виброперемещения.
Рис. 2. Схема виброустановки:
1 – электродвигатель; 2 – предохранительный кожух; 3 – маховичок дисбаланса; 4 – текстолитовая плита; 5 – стол; 6 – амортизаторы; 7 – виброизолятор; 8 - виброизмерительный прибор; 9 – магнитоэлектрический датчик; 10 – стрелочный индикатор; 11 – пусковое устройство; 12 – виброизолирующая прокладка.