Классификация вибросиловых характеристик ручных машин

№ п/п	Виды мышечной нагрузки	Октавные полосы с максимальными уровнями вибрации, Гц	Сила нажатия, Н	Масса максимальная, Н	Примеры основных видов ручных машин
	Работа с преобладанием нагрузки на мышцы ног, спины, пояса (общая нагрузка)	До 31,5			Горные сверла, перфораторы, трамбовки, пневматические отбойные молотки
	Работа с преобладанием нагрузки на мышцы плечевого пояса и плеча (региональная нагрузка)	31,5-63			Пневматические рубильные молотки, бензопилы, шлифовальные машины
	Работа с преобладанием нагрузки на мышцы предплечья и кисти (локальная нагрузка)	125 и выше			Пневматические клепальные молотки, полировальные машины, обрабатываемые детали

По существующей классификации, на которой основывается нормирование вибрации рабочих мест, общая вибрация подразделяется на три категории: транспортную, транспортно-технологическую и технологическую.

Транспортная (общая вибрация 1-й категории) воздействует на человека на рабочих местах самоходных и прицепных машин, транспортных средств при движении по местности и дорогам (с/х и промышленные тракторы, комбайны, грузовые автомобили (в том числе тягачи, грейдеры, катки)), снегоочистители, горно-шахтный рельсовый транспорт.

Транспортно-технологическая (общая вибрация 2-й категории) воздействует на человека на рабочих местах машин, перемещающихся по специально подготовленной поверхности производственных помещений, промышленных площадок, горных выработок (экскаваторы, краны, горные комбайны, путевые машины, бетоноукладчики, напольный производственный транспорт).

Технологическая вибрация (общая вибрация 3-й категории) воздействует на человека на рабочих местах стационарных машин (станки металло- и деревообрабатывающие, кузнечно-прессовое оборудование, литейные машины, стационарные электрические установки, насосные агрегаты и вентиляторы, буровые станки, с/х сушилки).

Общую вибрацию 3-й категории по месту действия подразделяют на:

- на постоянных рабочих местах производственных помещений;

- на рабочих местах на складах, в столовых, бытовых, дежурных и других производственных помещениях, где нет машин, генерирующих вибрацию;

- на рабочих местах в помещениях администрации, КБ, лабораторий, учебных пунктов, вычислительных центров, здравпунктов и других помещений для работников умственного труда.

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

Данные по заболеваемости вибрационной болезнью среди основных виброопасных профессий за последнее время представлены в таблице 2.

Таблица 2

Показатели заболеваемости вибрационной болезнью
в основных виброопасных профессиях

Профессиональная группа	Коэффициент заболеваемости в виброопасных профессиях (на 1000 чел.)	Средний срок развития вибрационной болезни, годы
Обрубщик литья	5,4	10,8±0,3
Наждачник	2,6	12,1±0,7
Вальщик леса	4,0	14,4±0,4
Шлифовщик	0,5	14,5±0,6
Заточник	3,9	14,7±1,0
Слесарь механосборочных работ	0,3	16,8±0,6
Стерженщик	0,5	17,4±1,2
Горнорабочий очистного забоя	2,2	17,8±0,5
Бурильщик	5,9	17,9±0,8
Проходчик (телескопы)	23,4	17,9±0,9
Проходчик (электросверла)	1,3	18,1±1,4
Клепальщик	0,2	20,1±1,2
Формовщик	1,0	18,2±0,8

Нормативные основы аттестации рабочих мест
по вибрационному фактору

«Санитарные нормы. Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий» СН 2.2.4/2.1.8.566-96 устанавливают:

- классификацию вибрации;

- методы гигиенической оценки вибрации;

- нормируемые параметры вибрации и их предельно допустимые значения.

Гигиеническая оценка постоянной и непостоянной вибрации, воздействующей на человека, должна проводиться следующими методами:

- частотным (спектральным) анализом нормируемого параметра;

- интегральной оценкой по частоте нормируемого параметра;

- интегральной оценкой с учетом времени вибрационного воздействия по эквивалентному (по энергии) уровню нормируемого параметра.

Нормируемый диапазон частот устанавливается:

1) для локальной вибрации в виде октавных полос со среднегеометрическими частотами 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц;

2) для общей вибрации в виде октавных или 1/3 октавных полосах со среднегеометрическими частотами 0,8; 1; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 31,5; 40,0; 50,0; 63,0; 80,0 Гц.

При частотном (спектральном) анализе нормируемыми параметрами являются средние квадратические значения виброскорости (v) и виброускорения (а) или логарифмические уровни (L_v,L_a), измеряемые в 1/1 и 1/3 октавных полосах частот.

Логарифмические уровни виброскорости (L_v), дБ, определяют по формуле:

(1)

где v – среднее квадратическое значение виброскорости, м/с;

- опорное значение виброускорения, м/с².

Соотношение между логарифмическими уровнями виброскорости, дБ, и ее значениями в метрах в секунду приведены в таблице 3.

Логарифмические уровни виброускорения (L_a), дБ, определяют по формуле:

(2)

где а – среднее квадратическое значение виброускорения, м/с²;

- опорное значение виброускорения, м/с².

Соотношение между логарифмическими уровнями виброускорения, дБ, и его значениями в м/с² приведены в таблице 4.

При интегральной оценке по частоте нормируемым параметром является корректированное значение виброскорости и виброускорения (U) или их логарифмические уровни (L_u), измеряемые с помощью корректирующих фильтров или вычисляемые по формулам:

(3)

или

(4)

где - среднее квадратическое значение виброскорости или виброускорения (или их логарифмические уровни) в й частотной полосе;

n – число частотных полос (1/3 или 1/1 октав) в нормируемом частотном диапазоне;

Таблица 3

Соотношение между логарифмическими уровнями виброскорости, дБ,
и ее значениями, м/с

Десятки 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

Таблица 4

Соотношение между логарифмическими уровнями виброускорения, дБ,
и его значениями, м/с²

Десятки Дб	Единицы, Дб
	3,2×10-3	3,5×10-3	4,0×10-3	4,5×10-3	5,0×10-3	5,6×10-3	7,0×10-3	7,9×10-3	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	7,0×10-2	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	7,0×10-1	7,9×10-1	8,9×10-1
	1,0	1,1	1,3	1,4	1,6	1,8	2,0	2,2	2,5	2,8
	3,2	3,5	4,0	4,5	5,0	5,6	6,3	7,0	7,9	8,9
	1,0×10	1,1×10	1,3×10	1,4×10	1,6×10	1,8×10	2,0×10	2,2×10	2,5×10	2,8×10
	3,2×10	3,5×10	4,0×10	4,5×10	5,0×10	5,6×10	6,3×10	7,0×10	7,9×10	8,9×10
	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

Оценка фактических условий труда на рабочем месте
по степени вредности

Оценка фактического состояния условий труда по степени вредности производится в соответствии с «Гигиеническими критериями оценки условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса» Р.2.2.013-94 на основе сопоставления результатов измерений вибрации (общей, локальной) с установленными предельно допустимыми уровнями по СН 2.2.4/2.1.8.566-96.

Согласно Руководству 2.2.013-94 выделяют следующие классы условий труда при воздействии локальной и общей вибрации:

«Допустимый» класс (2) условий труда – уровни вибрации, воздействующей на человека-оператора на рабочем месте или в рабочей зоне, ниже или равны предельно допустимым уровням;

Класс вредных (3) условий труда:

1-й степени (3.1) – превышение ПДУ для локальной вибрации 3 Дб,

для общей –6 Дб;

2-й степени (3.2) – превышение ПДУ для локальной вибрации 6 Дб,

для общей –12 Дб;

3-й степени (3.3) – превышение ПДУ для локальной вибрации 9 Дб,

для общей –18 Дб;

4-й степени (3.4) – превышение ПДУ для локальной вибрации 12 Дб,

для общей –24 Дб;

Класс «опасных» / экстремальных условий труда – уровни локальной вибрации превышают ПДУ более чем на 12 Дб, а общей вибрации – более чем на 24 Дб.

Пример расчета эквивалентного корректированного значения (уровня) вибрации на рабочем месте тракториста.

В результате усреднения корректированных значений виброскорости или виброускорения (или и уровней) с учетом продолжительности действия каждого из них рассчитывают эквивалентное корректированное значение V_экв (или уровень L_экв) соответственно по формулам п. 5.5 Санитарных норм СН 2.2.4/2.1.8.566-96. Эквивалентный корректированный уровень вибрации удобно рассчитывать, используя таблицу 5.

Таблица 5

Продолжительность, ч									0,5	15 мин	5 мин
То же, %
Поправка, Дб		-0,6	-1,2	-2	-3	-4,6	-6	-9	-12	-15	-20

Например, корректированные значения (и соответствующие им уровни) виброскорости на рабочем месте тракториста составили: при движении по асфальтовой дороге 8,77×10^-2 м/с, при пахотных работах 1,01×10^-1 м/с, или 124.9 Дб, 126,7 Дб и 126,0 Дб соответственно

Хронометраж рабочего времени показал, что движение по асфальтовой дороге составило 1 ч, по грунтовой 2 ч, а пахотные работы 5 ч.

К каждому значению корректированного уровня виброскорости прибавляют (с учетом знака) поправку по таблице 5, соответствующую продолжительности действия: -9,0; -6,0; -2,0 Дб, и получают 115,9; 120,7 и 124,0 Дб.

Затем проводят попарное энергетическое суммирование уровней с использованием таблицы 6 (см. далее). В результате получают 126,2 Дб и результат округляют до целого числа децибел (126 Дб), т.е. превышение ПДУ (115 Дб) составляет 9 Дб. Следовательно, условия труда тракториста можно отнести к вредным условиям 2-го класса (3.2).

Таблица 6

Разность слагаемых уровней L2- L1, Дб
Добавка L прибавляемая к большему уровню, Дб		2,5	2,2	1,8	1,5	1,2		0,8	0,6	0,4

Постоянное воздействие вибрации на человека вызывает спазмы кровеносных сосудов, изменения и нарушения в центральной нервной системе. Она нарушает нормальное функционирование сердечно-сосудистой и дыхательной систем, в результате чего возникает вибрационная болезнь – профессиональное заболевание.

Различные внутренние органы и отдельные части тела (голова, сердце) можно рассматривать как колебательные системы с определенной сосредоточенной массой.

Такая система обладает рядом резонансов, частоты которых зависят также от положения тела работающего («стоя» или «сидя»).

Резонанс на частотах 4-6 Гц соответствует колебаниям плечевого пояса, бедер, головы относительно основания (положение «стоя») и т.д. Для большинства внутренних органов собственные частоты лежат в диапазоне 6-9 Гц, поэтому колебания рабочих мест с указанными частотами весьма опасны для человека. Систематическое воздействие общих вибраций в резонансной или близкой зоне, может быть причиной вибрационной болезни – стойких нарушений физиологических функций организма.

Местная вибрация вызывает спазмы сосудов, вследствие чего происходит нарушение периферического кровоснабжения и другие изменения в организме.

Как при общей, так и при местной вибрации в организме человека наблюдается нарушение деятельности центральной нервной системы. Эффективное лечение виброболезни возможно лишь на ранних стадиях.

Методы борьбы с вибрацией

Борьба с вибрацией включает в себя:

- устранение (уменьшение) вибрации в источнике ее возникновения;

- демпфирование вибраций;

- динамическое гашение вибраций;

- виброизоляция.

Примером борьбы с вибрацией в источнике ее возникновения является устранение небаланса вращающихся масс люфтов, зазоров в машинах, замена кривошипно-шатунных механизмов кулачковыми, шарикоподшипников – подшипниками скольжения.

При демпфировании уменьшение амплитуды колебаний деталей машин достигается их изготовлением из материалов с большим внутренним трением или применением покрытий на вибрирующих поверхностях из материалов с большим внутренним трением или вязкостью.

Гашение колебаний предусматривает увеличение инерционного и упругого сопротивления колебательных систем либо введение в механизмы специальных устройств – динамических гасителей.

В случаях, когда устранить или снизить вибрацию в машине не удается, используется метод виброизоляции – уменьшение уровня вибрации защищаемого объекта путем уменьшения передачи колебаний этому объекту от источника колебаний.

В данной лабораторной работе определяются параметры вибраций, и исследуется эффективность ослабления вибраций, передающихся от машины к фундаменту в случае использования виброизоляции. Ослабление вибрации в этом случае достигается путем введения упругих элементов виброизоляторов, помещаемых между источником вибрации (машиной, механизмом) и фундаментом. Виброизоляторы можно выполнять в виде стальных пружин, рессор, прокладок из резины, резинометаллических конструкций и др.

Рис. 2. Схема виброизоляции Рис. 3. Зависимость коэффициента

агрегата. передачи (КП) от частоты возбуждения:

1 – без учета затухания (трения
в виброизоляторах);

2– с учетом затухания.

Основным показателем, определяющим качество виброизоляции машины, установленной на виброизоляторе с жесткостью с и массой М (Рис. 2), является коэффициент передачи (или коэффициент виброизоляции) КП. Он показывает, какая доля динамической силы F_ф или ускорения а_ф от общей силы F или ускорения а, действующих со стороны машины, передается виброизоляторами фундаменту:

(5)

где - частота возмущающей силы; в случае неуравновешенности ротора машины (электродвигателя, вентилятора, турбины и т.д.)

(6)

где n – частота вращения, об/мин; m – гармоник (m=1, 2, 3…). Если причиной источников колебаний не является неуравновешенность ротора, имеют место другие частоты возмущающих сил.

Частота собственных колебаний (Гц) машины:

(7)

где - статистическая осадка виброизолятора под действием собственной массы машины, см.

Зависимость коэффициента передачи от частоты возмущающей силы показана на рис. 3. Из рисунка видно, что амортизаторы начинают приносить эффект (КП<<1) лишь при частоте возмущения При виброизоляторы полностью передают вибрации фундаменту (КП=1) или даже усиливают их (КП>1). Эффект виброизоляции тем выше, чем больше отношение f/f₀. Следовательно, для лучшей виброизоляции фундамента от вибраций машин при известной частоте возмущающей силы f необходимо уменьшить частоту собственных колебаний машины на виброизоляторах f₀ для получения больших отношений f/f₀, что достигается либо увеличением массы машины М, либо снижением жесткости виброизоляции с. При известной же собственной частоте f₀ – эффект виброизоляции будет тем выше, чем больше возмущается частота f по сравнению с частотой f_0.Ослабление передачи вибраций на фундамент обычно характеризуется величиной виброизоляции (ВИ). Величина виброизоляции на данной частоте (дБ):

(8)

(9)

где и - уровень вибраций и виброскорость машины или фундамента при отсутствии виброизоляторов между машиной и фундаментом; и - уровень вибраций и виброскорость фундамента при наличии виброизоляторов между машиной и фундаментом.