Предельно допустимые значения и уровни производственной вибрации
Тема 5 Защита от вибрации
Вибрация оказывает негативное воздействие на здания сооружения, оборудование, а также вредно действует на организм человека. Известно 70 профессий, связанных с воздействием вибрации. 36 профессий при работе с ручным инструментом, 16 профессий при обслуживании стационарных машин, создающих вибрацию, 11 профессий обслуживающих транспортные средства и еще 7 профессий по обслуживанию транспортно-технологического оборудования. У водителей грузового транспорта из-за вибрации, возникают желудочные заболевания, у трактористов – радикулит, у пилотов вертолетов – сердечно-сосудистые заболевания и ухудшается зрение.
Для современного машиностроения характерно увеличение скоростей рабочих органов и агрегатов различного рода оборудования, станков и ручных машин.
Вибрация возникает в результате движения неуравновешенных масс, ударных процессов и ударов в сочленениях механизмов. Это механическое возбуждение. Кинематическое возбуждение колебаний происходит при движении по неровному пути. Параметрическое возбуждение колебаний происходит из-за принудительного смещения центра тяжести. Таким образом, под вибрацией понимают малые механические колебания, возникающие под воздействием переменного физического поля.
Основными источниками вибрации являются:
- ударные процессы (ковка, штамповка, клепка и др.);
|
|
|
- вращающиеся роторы тепловых и электрических машин;
- возвратно-поступательные узлы и механизмы. К ним относятся, например: поршни, кривошипные узлы, ползуны тепловых машин или соленоиды электромагнитных устройств;
- удары в механизмах, к ним относятся: зубчатые передачи, муфты сцепления (кулачковые, пальцевые), а также подшипники качения и скольжения из-за наличия в них технологических зазоров.
Основными характеристиками вибрации являются:
- амплитуда смещения Аm – максимальное смещение колеблющейся точки от положения равновесия, м;
- амплитуда виброскорости Vm, м/с – максимальная скорость колеблющейся точки;
|
где Vm – среднеквадратичное значение виброскорости, м/с;
V0 = 5×10-8 м/с – пороговое значение виброскорости.
- амплитуда виброускорения а m, м/с2;
- уровень виброускорения:
|
где а m – среднеквадратичное значение виброускорения, м/с2; а0 – пороговое значение виброускорения а0 =10-6, м/с2.
|
|
|
По характеру действия на организм человека вибрацию принято подразделять на общую и локальную.
Общая вибрация передается на все тело человека через опорные поверхности.
Локальная вибрация передается на отдельные части организма человека от ручного механизированного инструмента, органов ручного управления машинами и оборудованием, от ручного немеханизированного инструмента (например, рихтовочных молотков), приспособлений и обрабатываемых деталей.
Действие вибрации зависит от частоты, так как тело человека представляет колебательную систему. Частота собственных колебаний органов составляет 20-30 Гц в положении стоя и 6-9 Гц сидя. При частоте 1 Гц возникает резонанс рук и ног, нарушается координация движений, при частоте 10-12 Гц- резонанс органов грудной клетки, затрудняется дыхание, при частоте 25-27 Гц –резонанс головы, нарушается зрение, речь. При частоте более 30 Гц вибрация действует на центральную нервную систему и сердечно-сосудистую систему.
Общая вибрация подразделяется: на транспортную вибрацию (категория 1), возникающую на рабочих местах подвижного состава железнодорожного транспорта, экипажей воздушных судов, самоходных и прицепных машин, транспортных средств при движении по местности; на общую вибрацию 2 категории - транспортно-технологическую вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах машин, перемещающихся по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок, горных выработок. К источникам транспортно-технологической вибрации относят: экскаваторы (в том числе роторные), краны промышленные и строительные, машины для загрузки (завалочные) мартеновских печей в металлургическом производстве; горные комбайны, шахтные погрузочные машины, самоходные бурильные каретки; путевые машины, бетоноукладчики, напольный производственный транспорт; на общую вибрацию 3 категории - технологическую вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах стационарных машин или передающуюся на рабочие места, не имеющие источников вибрации. К источникам технологической вибрации относят: станки металло- и деревообрабатывающие, кузнечно-прессовое оборудование, литейные машины, электрические машины, стационарные электрические и энергетические установки, насосные агрегаты и вентиляторы, оборудование для бурения скважин, буровые станки, машины для животноводства, очистки и сортировки зерна (в том числе сушилки), оборудование промышленности стройматериалов (кроме бетоноукладчиков), установки химической и нефтехимической промышленности и другое оборудование .
|
|
|
|
|
|
Общую вибрацию категории 3 по месту действия подразделяют на следующие типы:
· на постоянных рабочих местах производственных помещений предприятий, тип 3а;
· на рабочих местах на складах, в столовых, бытовых, дежурных и других производственных помещений, где нет машин, генерирующих вибрацию, тип 3б;
· на рабочих местах в помещениях заводоуправления, конструкторских бюро, лабораторий, учебных пунктов, вычислительных центров, здравпунктов, конторских помещениях, рабочих комнатах и других помещениях для работников умственного труда, тип 3в.
Действие общей вибрации, вызванной работой технологического оборудования (машин, станков и др.), вследствие сотрясений пола, площадки, сиденья, на котором находится работающий, распространяется на весь организм. Вибрация может быть причиной нарушения у работающего нормальной деятельности центральной нервной и сердечно-сосудистой систем, дыхательных органов, повышения кровяного давления, заболевания сосудов, мышц, зрения и слуха.
Локальная вибрация вызывает ухудшение кровоснабжения кистей рук, пальцев, предплечья и сосудов сердца. В результате может возникнуть нарушение чувствительности кожи, отложение солей, окостенение сухожилий мышц в кистях рук и пальцах и, как следствие, деформация и снижение подвижности суставов. При длительном и интенсивном воздействии вибрации может возникнуть тяжелое и трудноизлечимое заболевание - вибрационная болезнь.
При одновременном воздействии вибрации, шума и низкой температуры влияние вредных факторов на организм человека усугубляется.
Кроме того вибрация оказывает негативное действие на оборудование, понижая КПД машин и механизмов, вызывая ускоренный износ их деталей, необходимость частых наладок и ремонта. Вибрация нарушает технологический процесс и показания контрольно-измерительной аппаратуры.
Согласно СанПиН 2.2.4.3359-16 нормируемыми параметрами общей вибрации являются:
· корректированное виброускорение, aw, м·с-2- значение виброускорения, измеренное с применением стандартизованной частотной коррекции;
· корректированный уровень виброускорения, Law, дБ - десять десятичных логарифмов отношения квадрата корректированного ускорения к квадрату опорного значения виброускорения, равному 10-6 м·с-2;
· эквивалентное виброускорение - среднеквадратичное значение ускорения на заданном интервале времени.
Эквивалентное корректированное виброускорение за рабочую смену, A(8), м·с-2 определяется по формуле:
где T0 - нормативная продолжительность рабочей смены (8 часов); Ti - продолжительность i-го интервала воздействия вибрации, ч; aw,Ti - эквивалентное (среднеквадратичное) значение корректированного виброускорения, измеренное на i-м интервале воздействия вибрации, м·с-2.
Предельно допустимые значения и уровни производственной вибрации приведены в таблице 1.
Для ручных машин предельно допустимые уровни вибрации приведены в ГОСТ 17770-86 «Машины ручные. Требования к вибрационным характеристикам». Их параметры определяют: действующие значения колебательной скорости или их уровни в октавных полосах частот в местах контакта машин с руками работающего; силу нажатия (подачи), прикладываемую в процессе работы к ручной машине руками работающего; массу ручной машины или ее частей, воспринимаемую в процессе работы руками работающего.
Таблица 1
Предельно допустимые значения и уровни производственной вибрации
| Вид вибрации | Категория вибрации | Направление действия | Коррекция | Нормативные эквивалентные корректированные значения и уровни виброускорения | |
| м/с2 | дБ | ||||
| Локальная | Xл, Yл, Zл | Wh | 2,0 | 126 | |
| Общая | 1 | Zo | Wk | 0,56 | 115 |
| Xo, Yo, | Wd | 0,40 | 112 | ||
| 2 | Zo | Wk | 0,28 | 109 | |
| Xo, Yo, | Wd | 0,20 | 106 | ||
| 3а | Zo | Wk | 0,10 | 100 | |
| Xo, Yo, | Wd | 0,071 | 97 | ||
| 3б | Zo | Wk | 0,04 | 92 | |
| Xo, Yo, | Wd | 0,028 | 89 | ||
| 3в | Zo | Wk | 0,014 | 83 | |
| Xo, Yo, | Wd | 0,0099 | 80 | ||
Нормативами для ручных машин определены также сила нажатия и масса машины, а для пневмоприводов - величины прилагаемых усилии. Сила нажатия (подачи), прикладываемая руками работающего к ручной машине и необходимая для стабильной и производительной работы, устанавливается стандартами и техническими условиями на отдельные типы машин; она не должна превышать 200 Н.
Масса ручной машины или ее частей, воспринимаемая руками, сила тяжести или ее составляющая, передающаяся на руки работающего в процессе работы, не должна превышать 100 Н.
Поверхности машин в местах их контакта с руками работающего должны иметь коэффициент теплопроводности не более 0,5 Вт/(мК). Общие требования безопасности на машины ручные пневматические установлены ГОСТ 12.2.010-75*, который содержит требования безопасности к конструкции и эксплуатации машин, а также требования к методам контроля вибрационных параметров.
Конструкция машины должна: обеспечивать виброзащиту обеих рук оператора; иметь ограждения рабочего инструмента; расположение выхлопных отверстий такое, чтобы отработанный воздух не мешал работе оператора. Машины ударного действия должны быть снабжены устройствами, исключающими самопроизвольный вылет рабочего инструмента при холостых ударах.
На ручных органах управления пневмоприводами и устройствами величина усилий не должна превышать при работе: кистью руки - 10 Н; рукой до локтя - 40 Н; всей рукой - 150 Н; двумя руками - 250 Н.
Мероприятия по борьбе с производственными вибрациями должны начинаться на этапе проектирования зданий, конструировании машин и агрегатов, при строительстве промышленных зданий, изготовлении станков и оборудования, а также при их эксплуатации. Немаловажное значение имеют правильная эксплуатация оборудования, его профилактическое обслуживание и своевременный ремонт. Общие мероприятия по борьбе с вредным воздействием вибрации могут проводиться по трем направлениям: инженерно-техническому, организационному и лечебно-профилактическому.
Инженерно-технические мероприятия включают: внедрение средств автоматизации и прогрессивной технологии, исключающих контакт работающих с вибрацией; изменение конструктивных параметров машин, технологического оборудования и механизированного инструмента.
Радикальным направлением борьбы как с вибрацией, так и с шумом является исключение шумных и виброопасных технологических процессов. Например, клепку заменяют сваркой, штамповку — прессованием и т. п.
При конструировании машин и оборудования снижение вибрации, может быть достигнуто различными способами. Так в кинематических схемах динамические процессы, вызванные ударами, резкими ускорениями и т. п., следует исключать или использовать элементы, которые бы значительно их снижали. Осуществить это можно заменой кулачковых и кривошипных механизмов на равномерно вращающиеся или механизмы с гидроприводами. Снижения уровня вибраций в редукторах и шестеренчатых приводах можно достигнуть использованием шестерен со специальными видами зацеплений (глобоидальным, шевронным и т. д.) вместо шестерен с прямым зубом. Целесообразна также замена металлических шестерен пластмассами или текстолитом. Большое значение имеет точность обработки и тщательность сборки.
Балансировка вращающихся масс, необходимое условие при эксплуатации оборудования для устранения вибрации. В шлифовальных машинах снижение вибраций достигается повышением качества шлифовальных кругов, включающее снижение величины дисбаланса, уменьшение массы и применение высокоскоростных кругов с допустимой окружной скоростью 80 м/с и более, оснащение машин специальными устройствами для уравновешивания круга непосредственно на машине.
Для снижения вибрации на пути ее распространения применяется вибродемпфирование — превращение энергии механических колебаний системы в другие виды энергии, например, тепловую при нанесении на поверхность слоев упруго-вязких материалов, обладающих большими потерями на внутреннее трение. Такое превращение может быть выполнено путем: а) использования конструктивных материалов с большим внутренним трением; б) нанесения на поверхность изделия слоя упруговязких материалов, обладающих большим внутренним трением; в) использования поверхностного трения при введении в конструкцию дополнительного поглощающего элемента или покрытия, увеличивающего активные потери в системе; г) перевода механической колебательной энергии в энергию токов Фуко или электромагнитного поля.
В этих целях с достаточной эффективностью используют упруго-вязкие покрытия в виде мастики, которые наносят непосредственно на элементы машин и агрегатов. Применяют также смазочные вещества в виде масляных ванн для зубчатых зацеплений и т. д.
Конструктивные материалы, наиболее полно отвечающие требованиям вибродемпфирования (имеющие высокий коэффициент потерь), - это алюминиевые, магниевые, титановые сплавы, пластмассы, капрон, текстолит, резина. Эти материалы находят широкое применение: пластмассы - для корпусов и рукояток, капрон - для втулок, текстолит - для шестерен.
Виброгашение производится путем введения в систему дополнительных реактивных сопротивлений. Установка оборудования на фундаменты или применения дополнительной массы.
Фундаменты для станков и оборудования с неуравновешенными частями выполняются с акустическими разрывами, заполненными пористым материалом, и акустическим швом, расположенным в нижней части фундамента. Нижняя часть фундамента должна быть значительно ниже фундамента стен здания в целях уменьшения передачи на них сотрясений. При расчете фундамента амплитуда колебаний его подошвы не должна превышать 0,1-0,2 мм, а для особо точного оборудования - 0,005 мм. Для повышения эффективности виброгашения фундаменты должны иметь возможно большую массу.
Виброизоляция осуществляется посредством введения в систему дополнительной упругой связи, препятствующей передаче вибрации от машины (источника колебания) к основанию или сложным элементам конструкции.
В качестве таких элементов могут быть использованы стальные пружины или прокладки из упругих материалов: резины, пробки, битуминизированного войлока и т. п. Следует иметь в виду универсальность пружинных виброизоляторов и целесообразность применения прокладок из упругих материалов только для снижения вибраций высокой частоты, возникающих у машин с частотой вращения более 2000 об/мин. Применение виброизолирующих устройств должно быть выполнено на основе расчета упругих элементов: толщины и площади прокладок, характеристики пружин.
В качестве виброизоляционных материалов применяют: а) резину губчатую, мягкую, средней жесткости и специальных сортов; б) пробку натуральную или плиты из пробковой крошки; в) войлок мягкий или жесткий прессованный; г) минеральный войлок на битумном связующем, изготовленный в виде полотен толщиной 3-5 см; д) асбоцементные плиты толщиной 3 см из смеси 50% асбеста и 50% цемента; е) древесноволокнистые плиты толщиной 2,5 см.
Для виброизоляции можно применять и гибкие элементы (вставки), например, на воздуховодах вентиляции в местах их соединения с вентиляторами и при прохождении через конструктивные элементы здания, в местах связи перекрытий и полов с несущими конструкциями здания.
Эффективность виброизоляции определяется коэффициентом передачи (КП), учитывающим отношение силы Fосн, действующей на основание при наличии упругой связи, к силе Fмаш, действующей при жесткой связи: КП=Fосн/Fмаш. Значение КП для эффективной изоляции колеблется в пределах 1/8-1/15 при отношении (вынужденной частоты к собственной частоте системы), равном 3-4.
Организационные мероприятия включают контроль за монтажом оборудования на производственных площадках; своевременным и качественным проведением планово-предупредительного обслуживания и ремонта; выполнением правил технической эксплуатации машин и агрегатов.
Для исключения контакта работающих с вибрирующими поверхностями за пределами рабочего места (зоны) необходимо опасные с точки зрения вибрации участки выделять ограждениями, надписями, предупреждающими знаками, окраской и т. п.
Большое значение имеет установление рациональных режимов труда и отдыха. Рекомендуется, чтобы общее время контакта с вибрирующими машинами, вибрация которых соответствует допустимым уровням, не превышала 2/3 длительности рабочего дня, а непрерывная продолжительность воздействия вибрации, включая микропаузы, 15...20 мин.
Лечебно-профилактические мероприятия обеспечивают необходимый микроклиматический режим и комплекс физиотерапевтических процедур (водные ванны, массаж, гимнастика и ультрафиолетовое облучение).
К средствам защиты отнесены следующие устройства: оградительные, виброизолирующие, виброгасящие и вибропоглощающие (ГОСТ 12.4.011-89), а также средства автоматического контроля, сигнализации, дистанционного управления.
Для защиты рук работающих от вибраций применяются различные устройства. Клепальные молотки снабжаются пневматическими амортизаторами и эластичными рукоятками, изменяющими амплитуды колебаний на более благоприятные. Применение облегченного ударника из полимерных материалов в два раза уменьшает амплитуду вибраций корпуса инструмента. В этих же целях в системе молотка для амортизации между ударником и бойком предусматриваются воздушные подушки. В конструкции пневматических ручных машин применяют воздушные виброгасители различных систем. Некоторые из них располагают непосредственно в рукоятках ручных машин. Уменьшение вибраций рабочих машин вращательного действия можно обеспечить тщательной балансировкой вращающихся деталей. Качественной балансировкой ротора уровень вибраций можно снизить на 10-20 дБ.
Защита от вибрации обеспечивается также средствами индивидуальной защиты, соответствующими ГОСТ 12.4.002-97 «Средства защиты рук от вибрации. Технические требования и методы испытаний» и ГОСТ 12.4.010-75 «Средства индивидуальной защиты. Рукавицы специальные. Технические условия», которые распространяются на средства индивидуальной защиты рук работающего от вибрации. Это рукавицы с упругодемпфирующими вкладышами; рукавицы и перчатки с мягкими наладонниками; упруго-демпфирующие прокладки и пластины для обхвата вибрирующих рукояток и деталей и т. п.
Для защиты работающего от воздействия общей вибрации применяют обувь с амортизирующими подошвами. Общие технические требования на специальную виброзащитную обувь введены ГОСТ 12.4.024-76 «Обувь специальная виброзащитная. Общие технические требования». Такую обувь изготовляют из кожи, искусственных, синтетических, текстильных материалов и комбинированной (из данных материалов). Она предназначена для защиты работающих от воздействия общей производственной вертикальной вибрации в диапазоне частот свыше 11 Гц и выпускается в виде сапог, полусапог и полуботинок мужских и женских. Она предназначена для индивидуальной защиты от вибраций и ударов энергией 5 Дж. Одновременно с защитой от вибраций спецобувь защищает ноги работающего от нетоксичной пыли и ударов энергией до 50 Дж (сапоги и полусапоги). Применение специальной конструкции подошвы с использованием упругодемпфирующих материалов делает обувь эффективной при виброзащите.
Контрольные вопросы:
1.Причины и источники вибрации?
2.Какими показателями нормируется вибрация?
3. Для каких категорий вибрации установлены допустимые нормы?
4. Меры снижения вибрации на пути распространения?
5. Принцип действия виброизоляции?
6. Пути снижения вибрации в источнике образования?
Дата добавления: 2021-05-18; просмотров: 149; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!