Короткі теоретичні відомості. Вібрацією називають будь-які механічні коливання пружніх тіл, обумовлені відхиленням центру тяжіння від положення рівноваги

Вібрацією називають будь-які механічні коливання пружніх тіл, обумовлені відхиленням центру тяжіння від положення рівноваги, і які виникають при їх переміщенні в просторі чи при зміні форми. Коливання механічних тіл з частотою нижче 20Гц сприймаються організмом як вібрація, а коливання з частотою вище 20Гц - одночасно як вібрація та як звук. У виробничих умовах спостерігають вібрації з частотою 35-250 Гц (ручний інструмент). Джерелом вібрацій є різноманітні технологічні процеси, механізми, машини та їх робочі органи. Коливання розповсюджуючись по елементах конструкцій, прискорюють їх руйну­вання, а також чинять шкідливу дію на працюючого. Особливо небезпечні вібрації в надзвичайних умовах, аваріях, тощо [3-5, 9-13].

Фізично вібрації характеризуються частотою коливань f, Гц, амплітудою зміщення А, м, віброшвидкістю V, м/с, віброприскоренням W м/с².

Основна частота гармонічного коливального руху f, Гц,

 

f = n / 60 (2.1)

 

де n - кількість обертів у хвилину.

Віброшвидкість V, та віброприскорення W у випадку

гармонічних коливань визначають з виразів:

 

V = 2 p f А = w * А (2.2)

 

W = 4 p² f² A = w² * А (2.3)

 

де w - кутова частота; w = 2 p f.

Вiбрацiю (як i шум) можливо характеризувати не тільки абсолютними величинами, але й відносними. Так значення рівня віброшвидкості L_v, дБ, згідно ГОСТ 12. 1. 012-78 визначають за формулою:

 

L_v = 10 lg (v²/v₀²) = 20lg (v/v₀) (2.4)

 

де V - середній квадрат (середньогеометричне значення) віброшвидкості береться у відповідній смузі частот); V₀ = 5*10^-8 м/с – порогове значення віброшвидкості (опорна віброшвидкість), прийнята по міжнародному стандарту. Порогові рівні віброприскорення – W₀ = 3*10^-4 м/с², амплітуди зміщення – А₀=8*10^-12 м.

Середньогеометричні значення октавних смуг частот вібрації стандартизовані i становлять 1; 2; 4; 16; 31, 5; 63; 125; 250; 500; i 1000 Гц. Спектри рівнів віброшвидкості - основні ха­рактеристики вібрацій. Зниження рівня вібрацій (DL_v) визначають різницею:

 

DL_v = L_v1 - L_v2, дБ (2.5)

 

де L_v1, L_v2 відповідно рівні вібрацій до та після проведення заходів по їх зменшенню, дБ.

По характеру дії на організм людини вібрацію прийнято підрозділяти на загальну та місцеву. Загальна вібрація пере­дається на усе тіло людини, а місцева на руки працюючого. Є три види загальної вібрації: технологічна, транспортна та транспортно-технологічна. Вібрації виробничих агрегатів та побутової техніки викликають коливання повітря, передаються конструкціям будинків та фунда­менту, а через нього й у ґрунт, внаслідок чого можуть виникати надзвичайні ситуації - руйнування корпусів будівель, житлових будинків, які супроводжуються часто великими втратами людей та матеріальних цінностей.

Коливання можуть виникати навіть у да­леко розташованих спорудах. Людина починає відчувати вібрацію при коливальний швидкості 1*10^-4 м/с, а при швидкості 1 м/с та при певних частотах такі вібрації викликають депресію, страх, біль, гнів або розгубленість. Вплив вібрації на людину залежить від нап­ряму її дії - вертикального або горизонтального. Досить небез­печними у надзвичайних умовах є коливання, що мають частоту, резонансну з коливаннями окремих органів чи частин тіла людини, оскільки можуть викликати механічні пошкодження й навіть розрив органів, що резонують. Так, очі резонують при дії коливань з частотою 22... 27 Гц, голова - 8... 27 Гц, горло - 6...12 Гц, грудна клітина-2...12 Гц, ноги та руки – 2...8 Гц, обличчя та щелепи – 4...27 Гц, пояснична частина хребта – 4-14 Гц, живіт – 4-12 Гц; для людини, що стоїть на вібруючій поверхні, є два піки резонансу: на частотах 5... 12 та 17... 25 Гц, для людини, що сидить - на частотах 4... 6 Гц. По­чинаючи з частоти 40 Гц коливання тіла людини, під впливом вібрацій, стають у багато разів менше вібруючої поверхні. Систематична дія загальних вібрацій при високому рівні віброшвидкості є причиною вібраційного захворювання (невриту) – стійких порушень фізіологічних функцій організму (у першу чер­гу центральної нервової системи).

Загальна вібрація впливає на нервову систему, сердечно-судинну систему, з'являються зміни у вестибулярному апараті, порушується обмін речовин, виникає головний біль, порушується сон, знижується працездатність, погіршується самопочуття.

Локальна вібрація викликає різну ступінь судинних, нервово-м'язових, кістково-суглобових та інших порушень. Спазми судин починаються з кінцевих фаланг пальців та розповсюджуються на всю руку, передпліччя та суди­ни серця. При сумісній дії загальних та локальних вібрацій спостерігаються ще й вегетативно-судинний, вестибулярний та інші розлади.

Нормувальними параметрами загальної вібрації є середньоквадратичні значення коливальної швидкості у октавних смугах частот або амплітуда переміщень, що збуджуються роботою устат­кування та передаються на робочі місця у виробничих приміщен­нях (підлога, робочі площадки, сидіння).

Нормування загальних вібрацій (робочих місць) проводиться за логарифмічним рівнем коливальної швидкості у октавному діапазоні із середньогеометричними значеннями 2; 4; 8; 16; 32; 63Гц,, а норми по обмеженню локальної вібрації - 16; 32; 63; 125, 250, 1000 Гц.

Допустимі рівні загальних вібрацій робочих місць запро­ваджені санітарними нормами, де нормувальними параметрами вібрації є середньоквадратичні значення швидкості коливання або амплітуди переміщень вібрації у октавних смугах частот від 2 до 63 Гц (табл. 2.1). Згідно з санітарними нормами допустимі величини вібрації інструментів та виробничого устаткування, що передаються на руки працюючих, запроваджені в діапазоні частот 11 - 2800 Гц для кожної октавної смуги. При цьому нормуються віброшвидкості, м/с, та рівні вібрації, дБ, відносно порогового значення (табл. 2.1)

В табл. 2.2 наведені допустимі значення нормованих параметрів вібрації на постійних робочих місцях у виробничих приміщеннях (частотний метод гігієнічної оцінки) для тривалості дії вібрації 480 хв. (8год.) [9-11]. При меншій тривалості залежність допустимих значень V від часу фактичної дії вібрації t має вигляд:

 

V_t = V₄₈₀(480/t) ^0,5 (2.6)

 

де V₄₈₀ - допустиме значення нормувального параметру для тривалості дії вібрації 480 хв.

Максимальне значення V_t не повинно перевищувати значень, що визначені для загальної вібрації t =10 хв; локальної вібрації t=30 хв.

 

 

Таблиця 2.1 – Нормування загальної та місцевої вібрації –V, дБ

Вид вібрації	Октавні смуги з середньогеометричними частотами, Гц
				31, 5
Місцева
Загальна	–	–

 

 

Таблиця 2.2 – Допустимі значення нормованих параметрів вібрації

на постійних робочих місцях

Вид вібрації	Октавні смуги з середньогеометричними частотами, Гц
					31, 5
1. 1*	1, 3	0,45	0, 22	0, 2	0, 2	0, 2
1. 1**
1. 2*	0, 5	0, 18	0, 089	0, 079	0, 079	0, 079
1. 2**
1.3*	0,18	0,006	0,032	0,028	0,028	0,028
1. 3**
2*			2,8	1,4	1,4	1,4	1,4	1,4	1,4	1,4
2**
1-3агальна вібрація: 1.1-на постійних робочих місцях у виробничих приміщеннях; 1.2-у виробничих приміщеннях, де немає машин, що генерують вібрації; 1.3-у приміщеннях для робітників розумової праці (КБ, лабораторії та iн.); 2-локальна вібрація. * – середньоквадратичнi значення, м/с; ** – рівні вібрації, дБ.

Допустимі рівні вібрації у житлових будинках [12,13], умови i правила їх вимірювання та оцінки регламентовані "Санітарними нормами допустимих вібрацій у житлових будинках" №1304-75, (порогова величина віброприскорення – 3*10^-4 м/с²). Допустимі значення рівнів вібрації в вертикальному або гори­зонтальному спрямуванні у житлових приміщеннях приведені нижче:

Середньогеометричні частоти октавних смуг, Гц					31,5
Рівні віброшвидкості, дБ
Рівні віброприскорення, дБ
Рівні вібропереміщення, дБ

 

Умови	Поправки, дБ
Вібрація
постійна
непостійна	–10
День (з 7. 00 до 23. 00)	+5
Ніч (з 23. 00 до 7. 00)
Загальна тривалість дії вібрацій у денний час за найбільш інтенсивні 30 хв., %
56 – 100
18 – 56	+5
6 – 18	+10
менше 6	+15

У нормативні рівні вносять поправки на характер вібрацій та тривалість її дії, а також час доби. При цьому постійною вважають вібрацію, рівень якої при вимірюванні приладом з ха­рактеристикою "повільно" на протязі не менше 10 хв. змінюється на ±3 дБ. Для тимчасових вібрацій (наприклад, при проведенні будівельних робіт) припускається у денний час ввести до­даткову поправку, що дорівнює ±10 дБ.

Основні заходи боротьби з вібраціями:

- удосконалення конструкцій машин та технологічних процесів (заміна кулачкових та кривошипних механізмів рівномірно обертаючимися, гiдроприводами та ін.);

- відстройка режиму резонансу (зміною маси або жорсткості системи i т. i.);

- вібродемпферування (вібропоглинання) - використання конструкційних матеріалів з більшим внутрішнім тертям;

- нанесення на вібруючі поверхні шару пружнов'язких матеріалів, що мають великі утрати на внутрішнє тертя (пласт­маса, деревина, гума);

- віброізоляція за допомогою пристрою амортизаторів, тобто введення у коливальну систему додаткового пружного зв'язку [10, 13].