Image text


Производственная безопасность

на главную страницу к перечню статей

 

Механические колебания. Вибрация.

 

Научно-технический прогресс в промышленности предопределяет широкое внедрение вибрационной техники, что объясняется высокой производительностью и значительной экономической эффективностью вибрационных машин.

Вибрация - это малые механические колебания, возникающие в упругих телах или телах, находящихся под воздействием переменного физического поля.

Простейшей формой вибрации является гармоническое колебание, когда рассматриваемая точка конструкции смещается в заданном направлении от положения равновесия в зависимости от времени по синусоидальному закону. Время, в течение которого материальное тело совершает одно полное колебание, называют периодом колебаний. Число полных колебаний за единицу времени называют частотой колебаний. Период (Т) и частота колебания (f) связаны между собой соотношением:

, отсюда .

Максимальное отклонение тела от положения устойчивого равновесия называется амплитудой (а). В практике амплитуду принято измерять в линейных единицах (метрах или сантиметрах).

Вибрация как движение характеризуется скоростью и ускорением. Максимальное значение скорости колебательного движения равно:

Vmax=p2fa

где Vmax— максимальное значение скорости (м/сек); f— частота (Гц); а — амплитуда.

Ускорение рассчитывается:

W=4nf2a,

где Wускорение вибрации (м/с2); fчастота (Гц); аамплитуда.

 

В производственных условиях синусоидальные вибрации встречаются редко. Возникающие в результате работы машин и оборудования сложные колебательные движения являются апериодическими или квазипериодическими, часто носят импульсный характер.

Колебательная скорость, равная 1 × 10 м/с, улавливается человеком как порог восприятия, при скорости 1 м/с возникает болевое ощущение.

В соответствии с действующими санитарными нормами производственные вибрации по своим физическим характеристикам имеют довольно сложную классификацию (схема 1).

 

 

Схема 1. Классификация вибрации.

 

В результате активной преобразующей деятельности человека вибрационный фон окружающей среды постоянно меняется. Источниками вибрационного воздействия являются

подземный и наземный транспорт,

промышленные предприятия,

внутридомовое оборудование зданий,

инженерно-технологическое оборудование встроенных предприятий торговли и коммунально-бытового обслуживания населения.

 

Вибрация в квартире часто вызвана эксплуатацией лифта, иногда лифт является еще и причиной не слышимых ухом низкочастотных инфразвуковых колебаний. В некоторых случаях ощутимая вибрация наблюдается при строительных работах, проводимых вблизи жилых зданий (забивка свай, демонтаж и ломка зданий, дорожные работы).

Источником повышенной вибрации в жилых домах могут служить промышленные предприятия при эксплуатации гидравлических и механических прессов, строгательных и вырубных механизмов, бетономешалок, дробилок, компрессоров, падающих молотов.

Общую производственную вибрацию по источнику ее возникновения и возможности регулирования ее интенсивности оператором подразделяют на следующие категории.

Категория 1транспортная вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах подвижных машин и транспортных средств при их движении по местности или дорогам (в том числе при их строительстве). К ней относятся рабочие места на тракторах и самоходных машинах для обработки почвы, уборки и посева сельскохозяйственных культур, грузовых автомобилях, строительно-дорожных машин, снегоочистителях, самоходном горно-шахтовом рельсовом транспорте.

Категория 2 — транспортно-технологическая вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах машин с ограниченной подвижностью при перемещении их по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок и горных выработок. К ней относятся рабочие места на экскаваторах, строительных кранах, машинах для загрузки мартеновских печей в металлургическом производстве, горных комбайнах, шахтных погрузочных машинах, самоходных бурильных каретках, путевых машинах, бетоноукладчиках, напольном производственном транспорте.

Категория 3 — технологическая вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах стационарных машин или передающаяся на рабочие места, не имеющие источников вибрации. К ней относятся рабочие места у металло- и деревообрабатывающих станков, кузнечно-прессового оборудования, литейных машин, электрических насосных агрегатов и др.

 

Локальная вибрация по источнику возникновения подразделяется на передающуюся от:

— ручных машин с двигателями или ручного механизированного инструмента, органов ручного управления машин и оборудования;

— ручных инструментов без двигателей (например, рихтовочные молотки разных моделей) и обрабатываемых деталей.

 

Вибрация относится к факторам, обладающим значительной биологической активностью. Характер, глубина и направленность функциональных сдвигов со стороны различных систем организма определяются прежде всего уровнями, спектральным составом и продолжительностью вибрационного воздействия. В субъективном восприятии вибрации и объективных физиологических реакциях важная роль принадлежит биомеханическим свойствам человеческого тела как сложной колебательной системы.

Степень распространения колебаний по телу зависит от их частоты и амплитуды, площади участков тела, соприкасающихся с вибрирующим объектом, места приложения и направления оси вибрационного воздействия, демпфирующих свойств тканей, явления резонанса и других условий. При низких частотах вибрация распространяется по телу с весьма малым затуханием, охватывая колебательным движением все туловище и голову.

Резонанс человеческого тела в биодинамике определяется как явление при котором анатомические структуры, органы и системы под действием внешних вибрационных сил, приложенных к телу, получают колебания большей амплитуды. На резонанс тела наряду с его массой влияют такие факторы как размер, поза и степень напряжения скелетной мускулатуры индивидуума и др.

Область резонанса для головы в положении сидя при вертикальных вибрациях располагается в зоне между 20 и 30 Гц, при горизонтальных - 1,5-2 Гц. Особое значение резонанс приобретает в отношении органа зрения. Частотный диапазон расстройств зрительных функций лежит между 60 и 90 Гц, что соответствует резонансу глазных яблок. Для торакоабдоминальных органов резонансными являются частоты 3-3,5 Гц. Для всего тела в положении сидя резонанс определяется на частотах 4-6 Гц.

В формировании реакций организма на вибрационную нагрузку важную роль играют анализаторы: кожный, вестибулярный, двигательный, для которых вибрация является адекватным раздражителем.

Длительное влияние вибрации, сочетающееся с комплексом неблагоприятных производственных факторов, может приводить к стойким патологическим нарушениям в организме работающих, развитию вибрационной болезни.

Патогенез вибрационной болезни сложен и недостаточно изучен. В настоящее время доказано, что в основе его лежит сложный механизм нервно-рефлекторных и нейрогуморальных нарушений, которые приводят к развитию застойного возбуждения и последующим стойким изменениям как в рецепторном аппарате, так и в ЦНС, причем наиболее тяжело страдают системы, регулирующие сосудистый тонус. При интенсивном вибрационном воздействии не исключена и прямая механическая травматизация, в первую очередь опорно-двигательного аппарата: мышц, костей, суставов и связочного аппарата.

 

Клинически в развитии вибрационной болезни, различают 3 степени ее развития:

I степень - начальные проявления,

II степень - умеренно выраженные проявления,

III степень - выраженные проявления.

 

Различают формы вибрационной болезни, вызванные локальной и общей вибрацией. Наибольшее распространение, а следовательно, социальное и экономическое значение имеет вибрационная болезнь, обусловленная воздействием локальной вибрации.

Одним из основных симптомов данной болезни являются сосудистые расстройства. Чаще всего они заключаются в нарушении периферического кровообращения, изменении тонуса капилляров, нарушении общей гемодинамики. Больные жалуются на внезапно возникающие приступы побеления пальцев, которые чаще появляются при мытье рук холодной водой или при общем охлаждении организма.

Полиневропатическая симптоматика при вибрационной болезни проявляется ноющими, ломящими, тянущими болями в верхних конечностях, беспокоящими больше по ночам или во время отдыха. Боли сопровождаются парестезиями, повышенной зябкостью кистей.

Одним из постоянных симптомов вибрационной болезни является расстройство чувствительности. Наиболее резко страдает вибрационная, а также болевая и температурная чувствительность. У длительно работающих с тяжелыми инструментами как следствие перенапряжения часто наблюдаются миофасцикулиты, миозиты, тендомиозиты.

Изменения со стороны костей проявляются в виде дегенеративно-дистрофических изменений, эностозов, шпор, параосальных обызвествлений, кистозных образований, деформирующих артрозо-артритов крупных суставов верхних конечностей.

Вибрационная болезнь, вызванная воздействием общей вибрации и толчками, наблюдается у водителей транспорта и операторов транспортно-технологических машин и агрегатов. Одним из основных ее синдромов является вестибулопатия, которая проявляется головокружением, головными болями, гипергидрозом и т. д. Нередко возникают дисфункции пищеварительных желез, причем нарушения моторной и секреторной функции желудка часто связаны с птозами органов брюшной полости, возникновением соляргий.

Типичны изменения в позвоночнике, проявляющиеся в виде деформирующего остеоартроза пояснично-крестцового отдела или дискозов. Эти изменения, как правило, сопровождаются возникновением вторичных корешковых расстройств, являющихся причиной нарушения трудоспособности.

При всех видах вибрационной болезни нередко наблюдаются изменения со стороны ЦНС в виде вегетодисфункции на неврастеническом фоне, которые могут быть связаны с комбинированным действием вибрации и интенсивного шума, постоянно сопутствующего вибрационным процессам. По той же причине у рабочих виброопасных профессий с большим стажем возникают невриты слуховых нервов, при выраженных стадиях заболевания наблюдается понижение слуха не только на высокие, но и на низкие тона (64-128Гц).

Общая вибрация оказывает также отрицательное влияние на женскую половую сферу.

Профилактические мероприятия.

В условиях широкого распространения вибрационного оборудования во всех отраслях народного хозяйства и дальнейшего роста его использования проблема профилактики вибрационной патологии является чрезвычайно актуальной. Комплекс основных профилактических мероприятий, принятых в нашей стране, включает:

гигиеническое нормирование;

технические способы ограничения и уменьшения вибрации;

рациональные режимы труда и отдыха;

лечебно-профилактические меры.

 

В профилактике неблагоприятного влияния вибрации на человека различают гигиеническое и техническое нормирование вибраций. В первом случае ограничивают параметры вибрации рабочих мест и поверхности контакта с руками работающих, исходя из физиологических требований, исключающих возможность возникновения вибрационной болезни. Во втором случае ограничивают параметры вибрации не только с учетом указанных требований, но и исходя из достижимого на сегодняшний день для данного типа оборудования уровня вибрации. Разработаны законодательные документы, устанавливающие допустимые значения и методы оценки характеристик вибраций, одним из которых является ГОСТ 12.1.012-90 «Система стандартов безопасности труда. Вибрация, общие требования безопасности».

Оценка степени вредности вибрации ручных машин производится по спектру виброскорости относительно порогового значения, равного 5 × 10-8 м/с. Масса вибрирующего оборудования или его частей, удерживаемых руками, не должна превышать 10 кг, а усилие нажима — 20 кг.

Общая вибрация нормируется с учетом свойств источника ее возникновения. Наиболее высокие требования предъявляются при нормировании технологических вибраций в помещениях для умственного руда. Гигиенические нормы вибрации установлены для длительности рабочего дня, равной 8 часам.

Санитарными нормами установлены предельно допустимые величины вибрации в производственных помещениях предприятий (табл. 1).

Таблица 1

Допустимые величины вибрации в производственных помещениях предприятий.

Амплитуда колебаний вибрации, мм 

Частота вибрации,Гц 

Скорость колебательных движений,см/с

Ускорение колебательных движений,см/с2

0,6-0,4

До 3

1,12-0,76 

22-14

0,4-0,15 

3-5 

0,76-0,46 

14-15

0,15-0,05 

5-8 

0,46-0,25 

15-13 

0,05-0,03 

8-15 

0,25-0,28 

13-27 

0,03-0,009

15-30 

0,28-0,17

27-32 

0,009-0,007 

30-50

0,17-0,22

32-70 

0,007-0,005 

50-75 

0,22-0,23 

70-112 

0,005-0,003 

75-100 

0,23-0,19 

112-120 

1,5-2

45-55

1,5-2,5

25-40

 Приведенные нормы одинаковы для горизонтальных и вертикальных вибраций. При непрерывности их воздействие не должно превышать 10-15% рабочего времени. Амплитуда колебаний, скорость и ускорение колебательных движений могут, быть увеличены не более чем в три раза.

Для решения проблемы ограничения неблагоприятного воздействия вибрации в жилищных условиях также используют гигиеническое нормирование ее допустимых воздействий. При определении предельных значений вибрации для различных условий пребывания человека в качестве основной величины используется порог ощущения вибрации. Предельные значения даются как кратная величина этого порога ощущения.

Ночью в жилых помещениях допускается только одно- или четырехкратный порог ощущения, днем - двукратный. В Российской Федерации нормативные уровни вибрации в жилых домах, условия и правила ее изменения и оценки регламентируются "Санитарными нормами допустимых вибраций в жилых домах" № 1304-75.

 
 

 

Технические мероприятия ограничения и уменьшения вибрации направлены на автоматизацию и механизацию основных технологических процессов, на улучшение качества и долговечности работы оборудования и шумо-виброзащитных устройств к нему, внедрение оборудования с дистанционным управлением. Основной мерой снижения вибрации является уменьшение вибрации в источнике ее образования.

В тех случаях, когда достичь допустимого уровня конструктивными методами не удается, используют методы изоляции источника и поглощения колебаний специальными материалами и конструкциями, применение которых особенно эффективно при использовании дистанционного управления или полной автоматизации производственного процесса. Находят применение демпфирующие и стопорные устройства, пневмоподдержки.

Вибродемпфирование производится с помощью использования композиционных материалов: сталь—алюминий, сталь—медь, а также пластмасс, древесины или резины. Если обрабатываемая поверхность имеет сложную форму, то для демпфирования вибрации применяются мастичные покрытия, представляющие собой смесь синтетических смол и наполнителей, а также мастика «Антивибрит» на основе эпоксидных смол.

Эффективным способом виброгашения является установка динамических виброгасителей, уменьшающих уровень вибраций защищаемого объекта. Недостатком такого способа гашения колебаний является его эффективенность только при резонансной частоте колебаний агрегата. Виброизоляция обеспечивает снижение вибрации за счет уменьшения передачи колебаний от агрегата к защищаемому объекту при установке между ними дополнительных устройств.

Кроме виброизоляторов средствами виброзащиты являются гибкие вставки в коммуникациях воздуховодов, разделение гибкой связью перекрытий и несущих конструкций зданий, устройство «плавающих» полов, в которых настил пола отделяется от перекрытия упругими прокладками, использование ручного механизированного инструмента с виброзащищенными рукоятками, перфораторов с качающейся виброгасящей рукояткой, установка виброзадерживающих масс, виброизолирующие опоры в виде упругих прокладок в сочетании с пружинами и другие устройства.

При эксплуатации машин и оборудования для устранения вибрации применяют изоляцию из дерева, резины, войлока, пробки, пружин, рессор, которые помещают между машинами и оборудованием и их опорными основаниями. Важным условием уменьшения или ослабления вибрации является жесткое соединение машин и аппаратов с их опорными основаниями, балансировка движущихся частей машин.

В комплексе мероприятий по снижению неблагоприятного действия вибрации на организм человека, поддержание его высокой работоспособности важная роль отводится разработке и внедрению научно обоснованных режимов труда и отдыха. В соответствии с положением о режиме труда работников виброопасных профессий общее время контакта с вибрирующими машинами, вибрация которых соответствует санитарным нормам, на протяжении смены не должно превышать 2/3 длительности рабочего дня. Операции должны распределяться между работниками так, чтобы продолжительность непрерывного воздействия вибрации, включая микропаузы, не превышала 15-20 мин.

Для машин с повышенной вибрацией ограничение времени контакта с вибрацией производится в соответствии с максимальной величиной превышения нормативного уровня (табл. 2).

Таблица 2

Допустимая суммарная длительность воздействия вибрации за смену в зависимости от вибрационных характеристик машин.

Превышение допустимых уровней виброскорости в октавных полосах частот санитарных норм, дБ

Допустимая суммарная длительность воздействия вибрации за смену, мин

 

0 (1 раз)

До 3(1,41-//-)

-//- 6 (2 -//-)

-//- 9 (2,8 -//-)

-//- 12 (4 -//-) 

320

160

80

40

 

В соответствии с положением рекомендуется устанавливать 2 регламентированных перерыва для активного отдыха, проведения физиопрофилактических процедур, производственной гимнастики по специальному комплексу.

К мерам организационного характера, направленным на сокращение времени контакта с вибрационным оборудованием, относится создание комплексных бригад со взаимозаменяемостью профессий.

Для профилактики вибрационной болезни желательно проводить подготовку рабочих по программам, предусматривающим овладение двумя смежными специальностями равноценной квалификации, что позволит обеспечить перевод на другую работу при наличии начальных признаков заболевания. При работе с вибрирующим инструментом и оборудованием не допускается проведение сверхурочных работ.

К работе с вибрирующими машинами и оборудованием допускаются лица не моложе 18 лет, получившие соответствующую квалификацию и сдавшие технический минимум по правилам безопасности и прошедшие медицинский осмотр.

Работа с вибрирующим оборудованием, как правило, должна проводиться в отапливаемых помещениях с температурой воздуха не менее 16°С при влажности 40-60% и скорости движения не более 0,3 м/с. При невозможности создания подобных условий (работа на открытом воздухе, подземные работы и т. п.) для периодического обогрева должны быть предусмотрены специальные отапливаемые помещения с температурой воздуха не менее 22°С, относительной влажностью 40-60% и скоростью движения воздуха 0,3 м/с.

В тех случаях, когда техническими способами или введением соответствующих режимов труда невозможно обеспечить требуемые уровни вибрации, применяются средства индивидуальной защиты. Распространение получили виброгасящие рукавицы или перчатки с ладонной накладкой из эластичного материала, виброгасящая обувь в виде сапог или ботинок с упругой подошвой или стелькой.

В качестве дополнительных средств рекомендуется использовать теплоизолирующие виброгасящие прокладки из пористой резины или других материалов для защиты частей тела (наколенники, коврики и т.п.). Применение средств индивидуальной защиты обеспечивает снижение вибрации на 5—7 дБ.

Немаловажное значение в системе мероприятий по борьбе с вибрацией и профилактики имеет обучение безопасным приемам работы, проведение периодических инструктажей и повышение квалификации работающих. При инструктаже в программу обучения следует включать вопросы законодательства по охране труда, технике безопасности, производственной санитарии, использования средств индивидуальной защиты.

Важным аспектом медико-биологической профилактики неблагоприятного воздействия вибрации являются обязательные предварительные и периодические медицинские осмотры. Среди лечебно-профилактических мероприятий, направленных на предупреждение вибрационной патологии, важное место отводится ранней диагностике заболеваний и активной дифференцированной диспансеризации работающих в условиях вибрационного воздействия. Диспансеризация предусматривает предупреждение возникновения (первичная профилактика), прогрессирования (вторичная профилактика) вибрационной болезни, а также заболеваний непрофессионального характера.

К медико-биологическим и общеоздоровительным мероприятиям профилактики вибрационной патологии относятся:

тепловые процедуры для рук в виде гидропроцедур (ванночки) или сухого воздушного обогрева;

взаимомассаж и самомассаж рук и плечевого пояса; производственная гимнастика;

УФ-облучение;

витаминопрофилактика (ундевит, витамины С и группы В) и другие мероприятия общеукрепляющего характера, например комната психологической разгрузки, кислородный коктейль и др.

На предприятиях с участием санэпидслужбы, медсанчастей, отделов техники безопасности должен быть разработан конкретный комплекс медико-биологических профилактических мероприятий с учетом характера воздействующей вибрации и сопутствующих факторов производственной среды. 

 

  на главную страницу поиск