Вібрація 2.7.1. параметри та види вібрації, її дія на організм людини

Під вібрацією розуміють механічні коливання твердого тіла. Найпростішим видом таких коливань є гармонійні коливання, при 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 неврів-новажені і 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 ущільнені бетонних сумішей, роздрібнюванні та сортуванні інертних матеріалів, розвантажуванні та сортуванні сипучих матеріалів.

Вібрація характеризується абсолютними та відносними параметрами. До основ­них абсолютних параметрів належать: вібропереміщення (s) — 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 (v) — 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 ^-12м; віброшвидкості v₀ = 5 • 10 ^-8 м/с; віброприскорення а₀= 3 • 10 ^-4 м/с². Найчастіше для оцінки вібрації використовують логарифмічний рівень віброшвидкості L_v, який визначається за фор­мулою:

L_v = 201gv/v₀ (дБ), (2.25)

де v — абсолютне значення віброшвидкості, м/с; V₀— опорне значення віброшвидкості, м/с.

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. п. 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 підрозділяється на: транс­портну, яка діє на операторів (водіїв) транспортних засобів (автомобілі, трактори); 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 деревооброблювальні 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 вищеперераховані параметри вібрації змінюються не менше ніж у два рази (6 дБ і більше) за робочу зміну. В свою чергу, непостійні вібрації поділяються на:

— коливні, рівні яких безперервно змінюються в часі;

— переривчасті, коли контакт з вібрацією в процесі роботи переривається,
причому довжина інтервалів, під час яких має місце контакт, становить більше 1с;

— 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.

Класифікація виробничої вібрації наведена на рис. 2.23.

При дії вібрації на організм людини спостерігаються зміни в діяльності серце­вої та нервової систем, спазм судин, зміни у суглобах, що призводить до обмеження їх рухомості. При нетривалій дії вібрації працівник передчасно втомлюється, при цьому його продуктивність праці 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 її 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 пошкодження. Для більшості внутрішніх органів людини частота власних коливань становить 6—12 Гц. Ступінь та характер впливу вібрації на організм людини залежить не лише від виду та параметрів, а також і від напрямку її дії. Тому вібрація поділяється залежно від осей ортогональної системи координат X, Y, Z, вздовж яких вона діє (рис. 2.24). Особливо чутливий організм людини до вертикальної загальної вібрації (вздовж осі Z), коли коливання переда­ються від ніг до голови.

НОРМУВАННЯ ВІБРАЦІЇ

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. п. 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 по спектру 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 v та віброприскорення а, або їх логарифмічні рівні у дБ в діапазоні октавних смуг із середньогеометрични-ми частотами:

— 1.0; 2,0; 4,0; 8,0; 16,0; 31,5; 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 віб-

рошвидкостей для октавних смуг частот наведені на рис. 2.25.

При використанні методу інтегрованої оцінки по спектру частот параметром, що нормується, є коректоване значення віброшвидкості чи віброприскорення (U), 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, Y, Z) за формулою:

(2.26)

або

(2.27)

де U(t) — коректоване по час­тоті значення параметра вібрації в момент часу t, м/с² або м/с;

t — час дії вібрації, год;

t_зм— 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 (таб­лиця 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. У табл. 2.6 наведено допустимий сумарний час дії локальної вібрації в залежності від перевищення її гранично допустимого рівня.

Таблиця 2.6