Вібрація та її вплив на організм людини

, Гц (число колебаний в секунду); колебательная скорость V , м/с; ускорение колебаний W , м/с ² ; период колебаний Т, сек. Основними параметрами, що характеризують вібрацію, є: амплітуда (найбільше відхилення від положення рівноваги) А, м; частота коливань f, Гц (число коливань в секунду); коливальна швидкість V, м / с; прискорення коливань W, м / с ^2; період коливань Т, сек.

Ступінь впливу вібрації на фізіологічні відчуття людини визначається величиною коливального прискорення і швидкістю коливань:

, , М / c, (2.5.26)

² , (2.5.27) , М / c ^2, (2.5.27)

- число колебаний в 1 c ; де f - число коливань в 1 c;

1. амплітуда коливань, м.

Вібрація наголошується поблизу обладнання, при роботі пневматичного інструменту, при неправильній балансуванню валів машин, при транспортуванні рідин і газів по трубопроводах, при технологічних процесах укладання бетону з застосуванням вібраційних агрегатів.

Вібрації не синусоїдального характеру завжди можна представити у вигляді суми синусоїдальних складових за допомогою розкладання в ряд Фур'є.

Для дослідження вібрації весь діапазон частот (так як і для шуму) розбивається на основні діапазони. Середньогеометричні значення частот, на яких досліджують вібрацію, наступні: 2, 4, 8, 16, 31, 50, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц. Рівні вібрацій вимірюються не на кожній окремій частоті, а в деяких смугах (інтервалах) частот октавних і третиннооктавних. f н=2 , а у третьоктавных У октавних ставлення верхніх меж частот до нижньої fв / f н = 2, а у третиннооктавних читывая, что абсолютные значения параметров характеризующих вибрацию, применяются в широких пределах, на практике пользуются понятием уровней параметров виброскорости ( V ) и виброускорения ( W ) . . У чітивая, що абсолютні значення параметрів характеризують вібрацію, застосовуються в широких межах, на практиці користуються поняттям рівнів параметрів віброшвидкості (V) і віброприскорення (W).

Вибрация, общие требования безопасности” (ССБТ). Відповідно до ГОСТ 12.1.012-90 "Вібрація, загальні вимоги безпеки" (ССБТ). и виброускорения L w определяются по формуле: Логаріфмітіческіе рівні віброшвидкості Lv і віброприскорення L w визначаються за формулою:

; 8 ) (2.5.2 8)

, W -колебательная скорость,м/с и виброускорение, м/с ² ; де V, W-коливальна швидкість, м / с і віброприскорення, м / с ²;

_{0 ,} W о -пороговые значения скорости и ускорения V _0, W о-порогові значення швидкості і прискорення м / с, м / с ^2.

_{Вібрація,} що впливає на людину, нормується для кожного напрямку в кожній октавной смузі. Важливе гігієнічне значення має частота вібрацій. Частоти порядку 35-250 Гц найбільш характерні при роботі з ручним інструментом, можуть викликати вібраційну хворобу зі спазмами судин.

Частоти нижче 35 Гц викликають зміни в нервово-м'язової системи та суглобах. Найбільш небезпечні виробничі вібрації рівні або близькі до частоти коливання людського організму чи окремих органів та рівні 6-10 Гц (власна частота коливань рук і ніг 2-8 Гц, живота 2-3 Гц, грудей 1-12 Гц). Коливання з такою частотою впливають на психологічний стан людини. Однією з причин загибелі людей у Бермудському трикутнику може бути коливання водного середовища в спокійну погоду, коли частота коливань дорівнює 6-10 Гц. Частота коливання невеликих суден збігається з частотою коливання середовища і в людей з'являється відчуття небезпеки, страху. Моряки прагнуть покинути корабель. Тривала вібрація може призвести до загибелі людей. Вібрація надає небезпечну дію на окремі органи тіла і організм людини в цілому, порушуючи нормальне функціонування нервової системи та органів, пов'язаних з обміном речовин. Вібрація може викликати порушення діяльності серцево-судинних і дихальних органів, захворювання рук і суглобів. Особливо небезпечні вібрації з великою амплітудою, які надають в основному несприятливу дію на кістково-суглобовий апарат. При малої інтенсивності і короткочасному впливі вібрація надає навіть сприятливий вплив. При високій інтенсивності і тривалій дії вібрація може призвести до розвитку професійної вібраційної хвороби, яка за певних умов може перейти в «церебральну» форму (ураження центральної нервової системи), практично невиліковну.

Відповідно до ГОСТ 12.1.012-90, ДСН 3.3.6.039-95 за способом передачі на людину, вібрація підрозділяється на: загальну, що передається через опорні поверхні на тіло людини; локальну (місцеву), що передається в основному через руки людини (рис.2.5. 10.).

Рис. Напрямок координат осей при загальній вібрації (а і б) і локальною (в):

Z – вертикальная ось, перпендикулярная к поверхности; Х – горизонтальная ось от спины к груди; ось Y – горизонтальная от правого плеча к левому; при действии локальной ибрации,положение руки на сферической и цилиндрической поверхности. а - положення стоячи; б - положення сидячи; Z - вертикальна вісь, перпендикулярна до поверхні; Х - горизонтальна вісь від спини до грудей; вісь Y - горизонтальна від правого плеча до лівого; при дії локальної ібраціі, положення руки на сферичної та циліндричної поверхні .

(для общей вибрации Z -вертикальная, перпендикулярная опорной поверхности; Х - горизонтальная от спины к груди; У – горизонтальная от правого плеча к левому). Вібрація діє уздовж осей ортогональної системи координат XYZ (для загальної вібрації Z-вертикальна, перпендикулярна опорної поверхні; Х - горизонтальна від спини до грудей; У - горизонтальна від правого плеча до правого).

л лежит в плоскости X л и направлена на подачу или приложение силы. При локальної вібрації вісь Хл збігається з віссю охоплення, вісь Z л лежить в площині X л і спрямована на подачу або додаток сили. Загальна вібрація по джерелу її виникнення поділяється на: транспортну, що виникає при русі машин; транспортно-технологічну, що виникає при роботі машин, які виконують технологічну операцію; технологічну, яка виникає при роботі стаціонарних машин.

ВИМІР І НОРМУВАННЯ ВІБРАЦІЇ

Продукція, що випускається в даний час вимірювальна апаратура заснована на використанні електричних методів, що забезпечують високу точність перетворення механічних коливань в електричні за допомогою магнітно-електричних і п'єзо-електричних датчиків (приймачів вібрації: сигнал підсилюється, перетворюється (інтегрується, диференціюється) і подається на реєструючий прилад).

Прилади поділяють на: оптичні, механічні, електричні.

Вимірювання параметрів вібрації має виробляється відповідно до встановлених стандартами вимог до вимірювальних приладів, датчиків.

Для вимірювання вібрації використовують прилади: віброметри ВМ-1, ВІП-2, ИШВ-1 вимірювач шуму і вібрацій (1-3000 Гц), 00042 (Роботрон НДР), 3513, 2512, 2513 (Брюль і Кері-Данія), ВІП- 4 (15-200 Гц), ЕДІВ (електродистанційних прилад), апаратура контрольно-вимірювальна типу ВВК-003, ВВК-005, вимірювачі шуму ВШВ-003 та ін

Апаратура для вимірювання параметрів вібрацій повинна відповідати ГОСТ 12.4.012-83 «Вібрація». Засоби вимірювання і контролю вібрації на робочих місцях. Технічні вимоги ". Заміри вібрації проводять у найбільш вібронебезпечних точках відповідно до методики досліджень ДСН 3.3.6.039-99

При вимірі локальної вібрації вимiри провадять у місця контакту оператора з поверхнею, яка вібрує.

При вимірі загальної вібрацій точка вимірювання повинна перебуває в місцях контакту опорної поверхні тіло людини з вібруючою поверхнею: сидіння оператора; підлогу робочої зони.

Вимірювання постійної вібрації протягом робочої зміни проводиться не менше 3-х разів з перебуванням середньо логарифмічного значення.

Загальна вібрація нормується за наступними октавним смугах частот: 1, 2, 3, 8, 16, 31, 50, 63; локальна: 8, 16, 31, 50, 63 ... 1000 Гц.

) или горизонтальному направлению (оси Х, У). Загальна вібрація, що впливає на людину, нормується окремо в кожній октавной смузі по вертикальному напрямку (осі Z) чи горизонтальному напрямку (осі Х, У). Вибір нормування визначається в залежності від інтенсивності: за більш інтенсивному напрямку.

Гігієнічні норми технологічної вібрації, що впливає на операторів стаціонарних машин протягом 480мін (8 годин), наведені в ГОСТ 12.1.012-90, ДСН 3.3.6.-039-99 (Табл.2.5.3.-2.5.4.).

Таблиця

Гранично допустимі рівні локальної вібрації

Таблиця 2.5.4.

Гранично допустимі параметри імпульсної локальної вібрації

* - Вібраційні імпульси 1-30 мають місце при застосуванні немеханізованого інструменту, 31-1000 - На механізованому інструменті.

** - Значення відповідає максимально можливій кількості імпульсів за восьмигодинний зміну при частоті 5,6 Гц. У дужках допустиму кількість імпульсів за 1 годину.

При тривалості зміни 7:00 гранично допустимі скориговані еквівалентні рівні локальної вібрацій рівні значенням для 8-годинний тривалості зміни.

При 6-ти годинний тривалості ці показники дорівнюють для віброшвидкості 113 дБ ( м / с), а віброприскорення-78дБ (2,3 м / с ^2).

Робота в умовах дій локальної вібрації, яка перевищує гранично допустиму норму більш ніж на 1 дБ, заборонена.

Якщо час впливу менше 480 мін і відсутні перерви через кожну годину роботи, то для кожної октавной смуги значення нормованого параметра визначається по залежності:

(2.5.28)

-время фактического воздействия вибраций(мин); де t-час фактичного впливу вібрацій (хв);

₄₈₀ -допустимое воздействие вибрации за время воздействия480мин. U _{480-допустимий} вплив вібрації за час воздействія480мін.

ЗАСОБИ І МЕТОДИ ЗАХИСТУ ВІД ВІБРАЦІЇ

Засоби захисту від вібрацій поділяються на: колективні та індивідуальні. Основні заходи щодо захисту від вібрацій умовно можна звести до таких груп: технічні, організаційні та лікувально-профілактичні.

До технічних заходів належать: усунення вібрацій в джерелі і на шляху їх поширення. Усунення або зменшення вібрації у джерелі вирішується, починаючи зі стадії проектування і виготовлення машин. Закладаються в їх конструкцію рішення, що забезпечують вібробезпечного умови праці: заміну ударних процесів на ненаголошені, застосування деталей з пластмаси, ремінних передач замість ланцюгових, шестерень з глобоідальним і шевронні зачепленням замість прямозубих, вибір оптимальних робочих режимів, ретельна балансування обертових деталей, підвищення класу точності їх виготовлення та чистоти обробки поверхні і інше.

При експлуатації техніки зменшені вібрації досягається сучасної підтяжкою кріплень, усуненням люфтів, зазорів, якісної мастилом тертьових поверхонь, правильним регулюванням робочих органів.

У конструкціях, по яких відбувається поширення коливань, робляться розриви, які заповнюються вібро-і звукоізоляційними матеріалами; заміна вібруючого устаткування або процесу на безвібраціонной.

Для зниження вібрацій на шляху поширення застосовують: віброізоляцію, виброгашение, вібродемпфірованіє.

Віброізоляція:

В інженерній практиці однієї з дієвих заходів по зменшенню вібрацій на шляху її поширення від джерела вібрацій є віброізоляція. Віброізоляція буває пасивною і активною.

Віброізоляція називається активною, якщо для її зменшення використовується додаткове джерело енергії.

Пасивна віброізоляція застосовується, якщо потрібно захистити робоче місце від коливань вібруючих машин або захистити інші машини від коливань неврівноважених деталей (ССБТ ГОСТ 12.4.046-78 "Методи й засоби вібраційного захисту. Класифікація.»).

Віброізоляція послаблює передачу коливань від джерела на підставу, стать, робоче місце і.т.д. за рахунок усунення між ними жорстких зв'язків та встановлення пружних елементів (віброізоляторів).

Рис. Схема віброізоляції динамічно не врівноваженою машини

Як віброізоляторів застосовують: сталеві пружини чи ресори, прокладки з гуми, повсті, а також резинометалличні, пружинно-пластмасові і пневморезіновие конструкції, що використовують пружні властивості матеріалів та повітря тощо (Ріс.2.5.11.)

на расстоянии R от оси вращения (рис.2.5.12.). Принцип пасивної віброізоляції добре видно на прикладі віброізоляції неврівноваженою машині масою М з ексцентриком масою m на відстані R від осі обертання (ріс.2.5.12.).

= m ω ² R , изменение которой во времени ( t ) носит гармонический характер: При обертанні валу машини з кутовою швидкістю ω виникає відцентрова сила Fmax = m ω ² R, зміна якої в часі (t) носить гармонійний характер:

(2.5.29)

Рис. Пасивна віброізоляція машини

(А) і робочого місця (б)

Для віброізоляції машини встановлені пружинні віброізолятори. Під дією сили (2.5.29) пружини деформуються, і в пружинах виникає сила пружності:

, (2.5.30)

де К-жорсткість амортизаторів;

Х-деформація пружини під дією динамічної сили

Ефективність віброізоляції буде тим вище, чим менша динамічна сила передається на основу, тобто чим менше уравновешивается силой инерции от массы М) (Сила обурення F врівноважується силою інерції від маси М)

Ефективність пасивної віброізоляції оцінюється коефіцієнтом передачі μ, який показує яку частку динамічної сили, порушуємо машиною, передають амортизатори на основу:

(2.5.31)

Якщо знехтувати загасанням коливань віброізоляторів, то коефіцієнт передачі вібрацій:

Рис. / f ₀ : Залежність коефіцієнта передачі m від f / f _0:

1 - при використанні сталевих пружинних віброізоляторів

0); 2 –то же, резиновых виброизоляторов ( D =0,2). (D ® 0); 2-то ж, гумових віброізоляторів (D = 0,2).

(2.5.32)

- частота вынужденных колебаний, де f - частота вимушених коливань,

Гц;

₀ - f ₀ - частота власних коливань, Гц.

Отже, для досягнення малого значення коефіцієнта передачі необхідно, щоб частота власних коливань була значно менше частоти вимушених коливань. = f ₀ наступает резонанс - резкое увеличение интенсивности колебаний виброизоляционной машины (при частоте собственных колебаний близкой к частоте вынужденных колебаний применение виброизоляторов бесполезно), при f / f ₀ >2 резонансные При f = f ₀ настає резонанс - різке збільшення інтенсивності коливань віброізоляційних машини (при частоті власних коливань близькою до частоти вимушених коливань застосування віброізоляторів марно), при f / f _0> 2 резонансні / f ₀ =3-4 коливання виключаються, а при f / f ₀ = 3-4 досягається ефективність роботи віброізоляторів.

Пружинні віброізолятори широко застосовують в машинах і механізмах. Вони мають високу віброізолюючий здатністю і довговічністю (μ = 1 / 90 ... 1 / 60). Однак з-за невеликого внутрішнього тертя сталеві пружинні віброізолятори погано розсіюють енергію коливань, тому загасання коливань відбувається не миттєво, а за 15-20 періодів, що не завжди доцільно при використанні машин, що працюють в короткочасному режимі (крани, екскаватори і т.д).

Рис. Віброізолятори:

а - резинометалличні типу АКСС з допустимою навантаженням до 4000 Н;

б - пружинно-гумовий типу АД з пневмодемпфірованіем;

в - Тіма АЦП;

г - пневмоамортізатори;

д - віброізолятори типу АПН сільнодемпфірованние пластмасові;

е - віброізолятори типу ДК.

Пружинні амортизатори в основному використовують для віброізоляції бетоноукладачів, вентиляторів, двигунів внутрішнього згоряння, бетонозмішувачів і.т.д.

Рис. Схема пружинно-гумових амортизаторів: 1, 2, 3-опора машини

Рис. Схеми пружинно-гумових амортизаторів: 1 - гума; 2 - сталева пружина, 3 - опора віброізольоване машини.

Пружинні амортизатори в поєднанні з гідроамортизатора (комбіновані) знаходять широке застосування і для віброізоляції кабін управління екскаваторів, бульдозерів і т.д.

Для зменшення часу загасання коливань застосовують гумові віброізолятори, в яких велика внутрішнє тертя (коефіцієнт непружного опору 0,03-0,25). Однак віброізолюючих здатність гумових віброізоляторів менше ніж пружинних (μ = 1 / 5 ... 1 / 20).

Позитивні властивості пружинних та гумових віброізоляторів добре поєднуються в комбінованих віброізоляторах із застосуванням пневмо-і гідроамортизаторів.

Рис. Віброізоляція сидіння оператора

(1 - гідроамортизатора)

Рис. Схеми віброізоляції віброактивності обладнання: а - опорний варіант; б - підвісний варіант; в - віброізоляція від вертикальних і горизонтальних коливань.

Оцінка віброізоляції обладнання

Одним зі способів зниження вібрації обладнання є правильний вибір віброізоляторів, які можуть бути гумовими або сталевими у вигляді пружин (2.5.19.).

Використовуючи схему розрахунків на рис. 2.5.19, розглянемо приклад вибору сталевих і гумових віброізоляторів.

=15000кг. Необхідно визначити кількість пружин віброізоляторів для двигуна вагою Q = 15000кг. ₀ =0,264м, со средним диаметром D =0,132м, с диаметром прутка d =0,016м, с числом рабочих витков i =5,5. Як віброізоляторів вирішено використовувати сталеві пружини висотою H ₀ = 0,264 м, з середнім діаметром D = 0,132 м, з діаметром прутка d = 0,016 м, з числом робочих витків i = 5,5.

На основі наявних даних встановлюємо індекс пружин . ¹ _z : Для розрахунку жорсткості однієї пружини в поздовжньому (вертикальному) напрямку (K ¹ _z: . ) Необхідно знати модуль пружності на зрушення G. принимается равным 78453200000 Па. Для всіх пружинних сталей G приймається рівним 78453200000 Па.

Згідно ріс.2.5.20:

₀ / D < 2, в нашем случае При виборі віброізоляторів H ₀ / D <2, в нашому випадку .

Рис. Вибір віброізоляторів

За графіком на рис. 2.5.19. знаходимо коефіцієнт (К), що враховує підвищення напруги в середніх точках перетину дроту, внаслідок деформації зсуву, що дорівнює 1,18. Для визначення статистичної навантаження Р _ст необхідно знати припустиму для пружинної сталі напруга при кручений τ. Якщо немає відомостей про сорт сталі, то τ приймають рівним 392266000 Па. У нашому прикладі статичне навантаження буде дорівнює:

H

Загальна кількість сталевих пружин: .

Загальна жорсткість пружин віброізоляторів дорівнює:

= 0,132м; d = 0,016м. Для нормальної роботи двигуна потрібно встановити 4 пружини віброізоляторах з Но = 0,264 м; D = 0,132 м; d = 0,016 м.

= 14240 кг, которой создается усилие 139694,4 Н. Расчетная величина центробежной силы Р z - 9810Н. Необхідно визначити кількість гумових віброізоляторів для центрифуги вагою Q = 14240 кг, якої створюється зусилля 139694,4 Н. Розрахункова величина відцентрової сили Р z - 9810Н. =0,01м ² ) из резины сорта 4049, динамический модуль упругости Е g - 10787315 Па. Віброізолятори виготовлені у формі кубиків з поперечним розміром А (діаметр або сторона квадрата) рівним 0,1 м (площею підстави - ​​F = 0,01 м ²⁾ з гуми сорти 4049, динамічний модуль пружності Е g - 10787315 Па. =24Гц. Заміряна частота вимушених коливань fo = 24Гц. _{k z} ) необходимо уменьшить до 196,2 Н. Учитывая, что имеющиеся в распоряжении виброизоляторы удовлетворяют требованию 0,25 < 0.1 / 0.1 < 1,1, определим жесткость в вертикальном направлении Kz одного резинового виброизолятова ( рис.2.5.19): Величину збурюючих сил (P _{k z)} необхідно зменшити до 196,2 Н. Враховуючи, що наявні в розпорядженні віброізолятори задовольняють вимогу 0,25 <0.1 / 0.1 <1,1, визначимо жорсткість у вертикальному напрямку Kz одного гумового віброізолятова (рис.2.5 .19):

,

) частоты возмущающей силы к частоте собственных колебаний виброизолированного объекта (рис.2.5.19.). Оцінимо мінімальне відношення (а _zmin) частоти вимушених коливань до частоти власних коливань віброізольоване об'єкта (ріс.2.5.19.).

) виброизолятора при заданном Тепер можемо розрахувати частоту власних вертикальних коливань (fz) віброізоляторах при заданому : а _zmin: Гц

ах виброизоляторов равна: Загальна максимальна вертикальна жорсткість Kzm ах віброізоляторів дорівнює:

н / м

n _p ) резиновых виброизоляторов (рис.2.5.19.): З урахуванням жорсткості знаходимо необхідне загальна кількість (n _p) гумових віброізоляторів (ріс.2.5.19.):

Горизонтальна твердість (Кх; Ку) гумового віброізоляторах з урахуванням модуля пружності ( Па) дорівнює:

Отже, для того, щоб зменшити возмущающие сили до 196,2 Н необхідно використовувати 5 гумових віброізоляторів у формі кубика з А ≥ 10см.

Рис. Віброізоляція поста управління:

1 - пневмоамортізатор; 2 - залізобетонна плита; 3 - пульт управління.

На рис. представлена ​​схема віброізоляції поста оператора із застосуванням пневмоамортізаторов. Повітря в пневмоамортізаторе знаходиться під тиском 3-20 кПа, а навантаження на пневмоамортізатор, виконаний у вигляді автомобільної камери становить 1000-4000 Н.

Частота власних коливань віброізольоване поста в залежності від навантаження знаходиться в межах 2 ... 4 Гц, що забезпечує віброізоляцію з μ = 1 / 150 при частоті вібрації 50 Гц.

Рис. Принципові схеми пасивної віброізоляції робочих місць.

1 - пасивно віброізолірованнія плита.

2 - віброізоляторах.

3 - нестійке підстави.

4 - напрями коливання.

5 і 6 - опори та підвіски плити.

Для робочого місця оператора (ріс.2.5.17.) Передбачається віброізольоване сидіння з використанням гідравлічного демпфера, що забезпечує коефіцієнт загасання 0.2 ... 0.3, а зниження вібрації на частотах 16 ... 63 Гц досягає 8 дБ

Рис. Схема віброізоляції насосної установки

Вібропоглощеніе - поглинання амплітуди віброшвидкості упруговязкім матеріалом. Сутність вібропоглощеня полягає в нанесенні на поверхню вібрірущую упруговязкіх матеріалів: пластика, пористої гуми, вибропоглощающих покриттів і мастик.

Вібропоглощеніе покриттів ефективно за умови, що протяжність поглинаючи її наступному шару дорівнює кільком довжинах хвиль коливань вигину.

Вібропоглощеніе малоефективно при зниженні інтенсивності поздовжніх хвиль, які переносять велику коливальну енергію на високих частотах. Вибір матеріалу для покриттів приймають виходячи з даних спектру вібрацій. У залежності від величини модуля пружності вібропоглинаючі покриття діляться на жорсткі (Е = 10 ⁹ Па) і м'які (Е = 10 ⁷ Па). Жорсткі вібропоглинаючі покриття застосовуються в основному для зниження коливань низьких і середніх частот. М'які застосовують для зниження інтенсивності високочастотних вібрацій. Високої вібропоглинаючий ефективністю володіють композиційні матеріали: «поліакріл», «Віпоніт», листові матеріали - вініпор, пінопласт та інші, які приклеюються до металевих частин обладнання (кожухам) при оптимальній товщині покриття 2 ... 3 товщини покривається конструкції. Таке покриття ефективно і для зниження рівня шуму.

Рис. Динамічні гасителі вібрацій: а - принципова схема гасителя; б - динамічне гасіння коливань димової труби.

Виброгашение