Действие вибрации на организм человека
Лекция. Защита от производственной вибрации
Общие сведения о вибрации
Вибрация – это механические колебания машин и механизмов, которые характеризуются такими параметрами, как частота (Гц), амплитуда (м), колебательная скорость (м/с), колебательное ускорение (м/с 2).
Порождают вибрацию неуравновешенные силовые воздействия, возникающие, например, при работе возвратно-поступательных систем; вращении неуравновешенных масс; биении зубчатых передач; децентровке валов, муфт, подшипников; пульсации жидкостей и газов в полостях машин и трубопроводов и т. п.
При создании, производстве и эксплуатации машин исходят из предпосылок, что вибрация является вредным фактором и для самой машины – ее источника, и для человека-оператора, а также окружающей среды, строительных конструкций, сооружений. Она значительно ускоряет износ деталей машин, в подавляющем большинстве случаев служит основной причиной их поломок, аварий; снижает технико-эксплуатационные характеристики машин. Вибрация машин и агрегатов, которая передается обслуживающему персоналу, всегда выступает как вредный фактор.
По характеру изменения во времени вибрации можно разделить на три группы: детерминированные (регулярные), случайные и импульсные (ударные).
В условиях производства вибрации обычно представляют собой детерминированные полигармонические колебания, либо сумму детерминированных и случайных колебаний.
|
|
Колебания подразделяются на свободные и вынужденные. Важнейшей характеристикой свободных колебаний является собственная угловая частота колебаний wС, рад/с, определяемая по формуле
, (7.1)
где С – коэффициент жесткости системы, Н/м;
m – масса системы, кг.
Собственных частот у системы столько, сколько у нее степеней свободы, и наоборот.
Вынужденные колебания обусловлены переменными внешними воздействиями возмущающих сил. Вынужденные колебания можно рассмотреть на примере простейшего гармонического процесса, который может быть описан скалярной переменной – перемещением. Тогда ее первая производная по времени – виброскорость и амплитуда виброскорости Аu, а вторая производная – виброускорение и амплитуда виброускорения Аa. Перемещение изменяется во времени tпо гармоническому закону
Х(t)= AХ ×sin(wt + j), (7.2)
где AХ, w, j – амплитуда, мм, угловая частота, рад/с или с-1, начальная фаза
колебаний.
Угловая частота определяется из выражения
w = 2 ×p×f = , (7.3)
где f– возбуждающая частота колебаний, Гц;
|
|
Т – период колебаний.
Возбуждающая частота колебаний f, Гц, может быть определена из выражения
f = , (7.4)
где n– частота вращения, об/мин.
При анализе вибрации рассматривают средние квадратические или действующие значения, определяемые осреднением по времени колеблющейся величины на отрезке ТУ..
uС = ; аС = ; (7.5)
где V2(t) – квадрат мгновенного значения виброскорости;
a2(t) – квадрат мгновенного значения виброускорения.
Минимальное (опорное) значение виброскорости, с которого начинается восприятие вибрации, имеет величину u0 = 5×10-8 м/с, а виброускорения а0 = 1×10-6 м/с 2 .
Интенсивность вибрации, действующей на человека, выражают не действующими значениями, а их логарифмическими уровнями Lu и Lа , дБ, определяемыми из выражений
Lu =20lg (uС /u0); Lа = 20×lg (аС /а0) , (7.6)
где uС– среднеквадратическое значение виброскорости, (м/с);
u0– опорная виброскорости , (м/с);
аС – среднеквадратическое значение виброускорения, (м/с2);
а0 – опорное виброускорение, (м/с2).
Уровень вибрационного воздействия на человека зависит от частоты колебаний. Поэтому уровни вибрации определяют на среднегеометрических частотах октавных полос.
|
|
При необходимости октавные полосы делят на третьоктавные. Например, первая октавная полоса имеет граничные частоты 0,7 и 1,4 Гц, а ее среднегеометрическая частота 1 Гц.
По характеру спектра вибрации выделяют:
· узкополосные вибрации, у которых контролируемые параметры в одной 1/3 октавной полосе частот более чем на 15 дБ превышают значения в соседних 1/3 октавных полосах;
· широкополосные вибрации – с непрерывным спектром шириной более одной октавы.
По частотному составу вибрации выделяют:
· низкочастотные вибрации (с преобладанием максимальных уровней в октавных полосах частот 1–4 Гц для общих вибраций, 8 – 16 Гц – для локальных вибраций);
· среднечастотные вибрации (8–16 Гц – для общих вибраций,
31,5– 63 Гц – для локальных вибраций);
· высокочастотные вибрации (31,5–63 Гц – для общих вибраций, 125–1000 Гц – для локальных вибраций).
При изучении вибраций тела человека принято выделять общуювибрацию всего тела (передается через опорные поверхности) и локальную вибрацию (передается на руки при работе с ручными машинами.
|
|
Общая вибрация по источнику возникновения подразделяется на три категории:
1 – транспортная вибрация;
2– транспортно-технологическаявибрация;
3– технологическая вибрация.
Технологическая вибрация 3 по месту действия подразделяется на следующие типы:
а – на постоянных рабочих местах производственных помещений предприятий;
б – на рабочих местах на складах, в столовых, бытовых, дежурных и других производственных помещений, где нет машин, генерирующих вибрацию;
в – на рабочих местах в помещениях заводоуправления, конструкторских бюро, лабораторий, учебных пунктов, вычислительных центров, здравпунктов, и других помещениях для работников умственного труда.
Вибрации могут происходить относительно шести степеней свободы (три поступательных и три угловых независимых перемещения). Угловые колебания тела переносятся существенно хуже, чем поступательные.
При описании общей вибрации вне зависимости от положения тела принято использовать следующие оси координат: ось Х – от спины к груди; ось Y – от правого плеча к левому; ось Z – от таза к голове.
При описании локальной вибрации одна из осей совпадает с направлением силы нажатия на ручку машины.
Действие вибрации на организм человека
Источниками вибрации на предприятиях мясной и молочной промышленности являются центрифуги, ручные пилы, дробилки, компрессоры, насосы, электродвигатели, редукторы и др.
При изучении действия вибрации на организм человека нужно учитывать, что колебательные процессы присущи живому организму прежде всего потому, что они в нем постоянно протекают. Модель тела человека, состоящая из масс, пружин и демпферов приведена на рис. 7.1.
Внутренние органы можно рассматривать как колебательные системы с упругими связями. Их собственные частоты лежат в диапазоне 3¸6 Гц. При воздействии на человека внешних колебаний таких частот происходит возникновение резонансных явлений во внутренних органах, способных вызвать травмы, разрыв артерий, летальный исход. Собственные частоты колебаний плечевого пояса, бедер и головы относительно опорной поверхности составляют 4¸6 Гц, головы относительно плеч – 25¸30 Гц, глазные яблоки – 50 Гц. Собственные частоты колебаний тела в положении лежа составляют 3¸6 Гц, стоя – 5¸12 Гц, грудной клетки – 5¸8 Гц. Колебания сидящего человека на частотах 8¸10 Гц определяются в основном диссипативными силами, так что большая часть вибрации поглощается телом человека. Это обстоятельство является причиной широкого распространения заболеваний позвоночника. Воздействуя на челове-
ка, вибрация угнетает центральную нервную систему, вызывая чувство тревоги и страха, ухудшает зрение и качество работы человека-оператора.
Рис. 7.1. Резонансные частоты отдельных частей тела человека
Производственная вибрация, имея широкий частотный диапазон колебаний (от десятых долей до нескольких тысяч Гц), воздействует посредством раздражения периферических нервных окончаний в местах контакта, вызывая изменения как физиологического, так и функционального состояния организма человека.
Изменения в функциональном состоянии организма проявляются в повышении утомляемости, увеличении времени двигательной и зрительной реакции, нарушении вестибулярных реакций и координации движений. Все это ведет к снижению производительности труда.
Изменения в физиологическом состоянии организма проявляются в развитии нервных заболеваний, нарушении функций сердечно-сосудистой системы, нарушении функций опорно-двигательного аппарата, поражении мышечных тканей и суставов, нарушении функций органов внутренней секреции. Все это приводит к возникновению вибрационной болезни.
Принято различать три формы вибрационной болезни:
1) периферическую – возникающую от воздействия вибрации на руки;
2) церебральную – возникающую от преимущественного воздействия вибрации на весь организм человека;
3) смешанную – возникающую при совместном воздействии общей и локальной вибрации.
Основными признаками заболевания периферической формой вибрационной болезни являются:
· спазмы периферических сосудов на фоне вегетативного полиневрита;
· приступы побеления пальцев рук на холоде (синдром «мертвых пальцев»);
· ослабление подвижности и боли в руках в покое и ночное время, потеря чувствительности пальцев и подвижности в суставах (синдром «деревянных» пальцев), гипертрофия мышц и костей рук.
Церебральная форма вибрационной болезни характеризуется в начальной стадии общемозговыми сосудистыми нарушениями. На более поздней стадии развивается органическое поражение мозга, вегета-сосудистые расстройства.
При церебральной и периферической виброболезни возникают побочные патологические изменения органов внутренней секреции, вестибулярного аппарата и т. д.
Вредное воздействие вибрации на человека усугубляется одновременным воздействием на работающих пониженной температуры воздуха рабочей зоны, повышенного уровня шума, охлаждения рук рабочего при работе с ручными машинами, запыленности воздуха, неудобной позы и др.
Коэффициент повышения риска вибрационной болезни в зависимости от уровня шума определяется из выражения
КШ = (LА – 80) × 0,025 + 1 (7.7)
В табл. 7.1 приведены значения КШ в зависимости от уровня звукаLА.
Таблица 7.1
Значения коэффициента КШв зависимости от уровня звука
Уровень звука LА | 80 | 90 | 100 | 110 | 120 |
КШ | 1,0 | 1,25 | 1,5 | 1,75 | 2,0 |
Нормирование вибрации
Дата добавления: 2021-01-20; просмотров: 71; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!