Гигиена труда 6 Часть первая 6

• Название: Гигиена труда 6 Часть первая 6
• Дата: 25.04.2022
• Размер: 1.01 Mb.
• Имя файла: Gigiena_truda_Alexeev_1988.docx
• Тип: Документы; #496104
• страница: 16 из 51

Глава 9

ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ВИБРАЦИЯ

Научно-технический прогресс в промышленности предопределяет широкое внедрение вибрационной техники, что объясняется высокой производительностью и значительной экономической эффективностью вибрационных машин. Производственная вибрация является одним из наиболее распространенных неблагоприятных факторов рабочей среды, в сфере влияния которой трудятся миллионы людей многих профессиональных групп.

Длительное воздействие вибрации высоких уровней на организм человека приводит к развитию преждевременного утомления, снижению производительности труда, росту заболеваемости и нередко к возникновению профессиональной патологии - вибрационной болезни, которая занимает одно из первых мест в структуре хронических профессиональных заболеваний.

Защита человека от неблагоприятного воздействия вибрации является одной из актуальных задач как в нашей стране, так и в других индустриально развитых странах.

Вибрация - это механическое колебательное движение системы с упругими связями.

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. За единицу частоты принимают одно колебание в секунду - герц (Гц). Период (Т) и частота колебания (f) связаны между собой соотношением:

T = 1/f, отсюда f = 1/T.

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

Вибрация как движение характеризуется скоростью и ускорением. Скорость (V) является первой производной смещения по времени. Максимальное значение скорости колебательного движения равно:

V_MAX = p2fa,

где V_MAX - максимальное значение скорости (м/сек); f - частота (Гц); a - амплитуда (см).

Ускорение (W) - вторая производная смещения по времени:

W = 4pf²a,

где W - ускорение вибрации (м/сек²); f - частота (Гц); a - амплитуда (см).

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.

Относительные (логарифмические) уровни виброскорости и виброускорения, выраженные в децибелах, определяются по формулам:

L_V = 20lg(V/5*10^-8) дБ

L_W = 20lg(W/3*10^-1) дБ

В практике гигиенического нормирования за нулевой уровень колебательной скорости принимают величину 5*10^-8 м/с, соответствующую среднеквадратичной колебательной скорости при стандартном пороге звукового давления, равном 2*10^-5 Па. За нулевой уровень колебательного ускорения принимают величину 3*10^-4 м/с².

В механических системах передача вибрации осуществляется путем силовых взаимодействий. Для описания процесса взаимодействия колебательных систем вводится понятие механический импеданс (Z), который определяется как отношение колебательной силы (F) к результирующей колебательной скорости V, к точке приложения этой силы: Z = FV.

Колебательная скорость, равная 1*10^-4 м/с, улавливается человеком как порог восприятия, при скорости 1 м/с возникает болевое ощущение.

Вибрации по способу передачи на человека (в зависимости от характера-контакта с источником вибрации) условно подразделяются на: местную (локальную), передающуюся на руки работающего, и общую, передающуюся через опорные поверхности на тело человека в положении сидя (ягодицы) или стоя (подошвы ног). Общая вибрация в практике гигиенического нормирования обозначается как вибрация рабочих мест. В производственных условиях нередко имеет место сочетанное действие местной и общей вибрации.

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

По характеру спектра вибрации подразделяются на узкополосные и широкополосные; по частотному составу – на низкочастотные с преобладанием максимальных уровней в октавных полосах 8 и 16 Гц, среднечастотные - 31,5 и 63 Гц, высокочастотные – 125, 250, 500 и 1000 Гц – для локальных вибраций; для вибрации рабочих мест - соответственно 1 и 4 Гц, 8 и 16 Гц, 31,5 и 63 Гц.

По временным характеристикам рассматривают вибрации: постоянные, для которых величина виброскорости изменяется не более чем в 2 раза (на 6 дБ) за время наблюдения не менее 1 мин; непостоянные, для которых величина виброскорости изменяется не менее чем в 2 раза (на 6 дБ) за время наблюдения не менее 1 мин.

Непостоянные вибрации в свою очередь подразделяются на колеблющиеся во времени, для которых уровень виброскорости непрерывно изменяется во времени; прерывистые, когда контакт оператора с вибрацией в процессе работы прерывается, причем длительность интервалов, в течение которых имеет место контакт, составляет более 1с; импульсные, состоящие из одного или нескольких вибрационных воздействий (например, ударов), каждый длительностью менее 1 с при частоте их следования менее 5, 6 Гц.

Источники вибрации

Производственными источниками локальной вибрации являются ручные механизированные машины ударного, ударно-вращательного и вращательного действия с пневматическим или электрическим приводом.

Инструменты ударного действия основаны на принципе вибрации. К ним относятся клепальные, рубильные, отбойные молотки, пневмотрамбовки.

Клепальные пневматические молотки находят наиболее широкое применение в самолетостроении; это, как правило, малогабаритные инструменты массой от 1,1 до 2,9' кг с числом ударов 1200 - 1800 в 1 мин. В других отраслях применяются более мощные клепальные молотки массой от 8. до 12 кг.

Рубильные молотки предназначены для обрубки отливок, зачистки сварных швов, чеканки, каменотесных и других работ. Серийно выпускаемые молотки имеют массу от 40 до 60 кг с числом ударов 1600 - 3500 в 1 мин.

Отбойные пневматические молотки применяются при добыче угля и некоторых других полезных ископаемых, в строительстве.

Ручные пневматические трамбовки находят применение в литейном производстве для уплотнения формовочной земли, на строительстве для уплотнения грунта и бетона и т. п. Стандартные инструменты выпускаются весом 11,5 кг с числом ударов 650 в 1 мин.

К машинам ударно-вращательного действия относятся пневматические и электрические перфораторы. Применяются в горнодобывающей промышленности, преимущественно при буровзрывном способе добычи. Это тяжелые инструменты весом от 20,0 до 31 - 34 кг с числом ударов от 1600 до 2600 в 1 мин.

К. ручным механизированным машинам вращательного действия относятся шлифовальные, сверлильные машины, электро- и бензомоторные пилы. Вибрация этих машин возникает как сопутствующий фактор в результате взаимодействия режущих инструментов (шлифовального круга, пилы и т. п.) с обрабатываемой поверхностью, а также дисбаланса вращающихся механизмов.

Шлифовальные машины являются наиболее распространенным производственным источником локальных вибраций. По объему выпуска и номенклатуре они занимают одно из первых мест в СССР и за рубежом среди всего парка ручных машин. Используются при выполнении шлифовальных, полировальных работ, зачистки отливок и сварных швов, доводке штампов и пресс-форм и других работах.

Масса наиболее распространенных инструментов колеблется в пределах от 0,5 до 6 кг, скорость вращения от 3 до 10 тыс. оборотов в 1 мин и более.

Из сверлильных инструментов наибольшей виброопасностью обладают горные пневматические и электрические сверла, предназначенные для бурения шпуров и скважин при добыче полезных ископаемых. Масса инструментов со штангой от 12 до 30 кг, скорость вращения шпинделя от 300 до 900 оборотов в 1 мин.

Электро- и бензомоторные пилы применяются на лесозаготовках. Масса электропил от 7 до 9,5 кг, бензопил – 12 - 12,5 кг, число оборотов 4200 - 1200 в 1 мин. Бензомоторные пилы генерируют в процессе работы более интенсивную вибрацию, чем электрические.

К виброопасным ручным инструментам относятся также гайковерты, используемые на сборочных работах в машиностроении и ручные (электрические и пневматические) глубинные и поверхностные вибраторы для уплотнения бетонных смесей.

Помимо ручных механизированных машин, локальная вибрация имеет место при точильных, наждачных (зачистка мелкого литья), шлифовальных полировальных работах, выполняемых на стационарных станках с ручной подачей изделий; при работе ручными инструментами без двигателей, например рихтовочные работы. Наконец, к возможным источникам локальной вибрации относятся органы ручного управления машинами и оборудованием.

Вибрация, воздействующая на человека-оператора в процессе взаимодействия с ручными машинами и оборудованием, охватывает широкий диапазон частот - от нескольких герц до 2000 Гц и выше.

Ручные виброопасные машины генерируют вибрацию, уровни колебательной скорости которой зачастую значительно превышают допустимые нормами величины. Пневмотрамбовки, гайковерты, горные сверла создают вибрацию с высокими уровнями в области низких (8 - 32 Гц) частот. Максимальные уровни колебательной скорости пневматических отбойных молотков, бурильных перфораторов с числом ударов до 2000 в 1 мин чаще лежат в широкой области низких, средних и отчасти высоких частот (32 – 63 - 125 Гц).

Для пневматических рубильных, клепальных молотков, бурильных перфораторов с числом ударов свыше 2000 в 1 мин, ручных вибраторов для уплотнения бетона максимум колебательной скорости падает на средне- и высокочастотные области спектра. Вибрация бензомоторных пил характеризуется высокими уровнями в области средних и особенно высоких частот (октава 125 Гц).

У пневматических шлифовальных машин в зависимости от числа оборотов шпинделя в минуту наибольшие интенсивности вибрации расположены в октавных полосах 125, 250, 500 и более Гц. Вибрация пневматических шлифовальных машин характеризуется большим перепадом интенсивностей на отдельных октавных полосах частот. При работах, выполняемых на стационарных станках с ручной подачей изделий, наиболее высокие уровни виброскорости наблюдаются при точильных, минимальные - при полировальных операциях.



Рис. 9. Спектры вибрации пневматических инструментов.

1 - рубильный молоток; 2 - трамбовка; 3 - шлифовальная машина.

Уровни колебательной скорости в различных полосах среднегеометрических частот спектра имеют большую вариабельность. Причинами повышения уровней колебательной скорости являются: снижение величины осевого усилия подачи; изменения физико-химических свойств обрабатываемого изделия; увеличение давления сжатого воздуха в сети; увеличение длины вставного инструмента для рубильных молотков, диаметра заклепки для клепальных молотков, длины буровой штанги и степени ее искривления для перфораторов и горных сверл; удлинение оправки и увеличение диаметра абразивного крута для шлифовальных машин; неуравновешенность вращающихся частей и узлов машины. Величина вибрации возрастает при изношенности и неисправности машин.

Вышеуказанные факторы и обусловливают значительный разброс спектральных составляющих вибраций машин.

Неблагоприятным с гигиенической точки зрения моментом является близость основных частот ряда ручных машин к собственным частотам колебаний тела человека и отдельных органов.

Типичные спектры вибрации различных видов механизированных инструментов представлены на рис. 9.

Общая вибрация (вибрация рабочих мест) по источнику возникновения подразделяется на транспортную, транспортно-технологическую и технологическую.

Необходимо иметь в виду, что водители транспортных машин (тракторов, самоходной сельскохозяйственной техники, грузового автотранспорта, землеройных машин и др.), а также операторы транспортно-технологического оборудования (экскаваторов, подъемных кранов, горнодобывающих машин, бетоноукладчиков и др.) подвергаются действию общей и местной вибрации. На рабочее место передается низкочастотная толчкообразная вибрация беспорядочного характера, возникающая в процессе передвижения машин по неровной поверхности или работы подвижных частей механизмов. Кроме того, на рабочее место водителя, в том числе и на органы управления, передается вибрация, возникающая в результате работы двигателя и трансмиссии. Эта вибрация имеет средне высокочастотный спектральный состав и может превышать нормативные уровни.

Среди источников технологических вибраций основное место занимает оборудование, действие которого основано на использовании вибрации и ударов (виброплатформы, вибростенды, молоты, штампы, прессы и т. д.) и мощные энергетические установки (компрессоры, насосы, вентиляторы, некоторые металлообрабатывающие станки и др.).

Сопутствующие факторы. К факторам производственной среды, усугубляющим вредное воздействие вибрации на организм, относятся чрезмерные мышечные нагрузки, шум высокой интенсивности, неблагоприятные микроклиматические условия.

Чрезмерные мышечные нагрузки связаны с необходимостью удержания подчас довольно тяжелого вибрирующего инструмента и развития необходимого рабочего усилия. Так, при клепке малогабаритными клепальными молотками осевые усилия нажима лежат в пределах 100 – 150 Н; при работе рубильными молотками осевое усилие во время рабочей операции доходит до 300 Н, отбойными - 400, бурильными - свыше 300 Н и т. д.

В ряде случаев операторы ручных машин прижимное усилие осуществляют не только руками, но и другими частями тела. Так, например, при работе горными сверлами по твердым углям необходимые усилия достигаются при наличии упора или нажатия на сверло ногами, спиной и другими участками тела, а при бурении нисходящих шпуров, когда машина находится у ног бурильщика, значительные усилия (до 600 Н) осуществляются с помощью веса туловища.

Основные причины шума, генерируемого при работе виброопасных машин, следующие: расширение сжатого воздуха, выбрасываемого из выхлопных отверстий пневматических машин; соударение металлических деталей вставного инструмента; удары инструмента по обрабатываемому изделию; физические свойства обрабатываемого изделия и др.

Значительный шум с уровнем 100 - 120 дБ возникает при обработке металла пневматическими рубильными и клепальными молотками. Наибольший шум создается при обработке пустотелых и тонкостенных изделий в авиа- и судостроении.

Шум, генерируемый отбойными пневматическими молотками при проходческих работах (92 - 101 дБ), превышает санитарные нормы. Основная энергия приходится на средне- и высокочастотную область спектра.

При работе пневматических бурильных перфораторов, горных сверл шум широкополосный с уровнем 107 - 119 дБ.

Высокочастотный шум пневматических шлифовальных машин (90 - 100 дБ) складывается из аэродинамического и механического. Наиболее неблагоприятное гигиеническое воздействие оказывает аэродинамический шум. Вследствие непосредственного выхлопа отработавшего воздуха в атмосферу интенсивность шума у многих ручных машин превышает допустимые санитарными нормами уровни звукового давления в высокочастотной области спектра (1000 - 8000 Гц).

Сочетанное действие вибрации и шума способствует более ранним поражениям как органа слуха, так и других систем организма.

Метеорологические условия. При работе пневматическими ручными машинами наблюдается охлаждение рук отработанным воздухом и при соприкосновении с холодным металлом корпуса. Неблагоприятные метеорологические условия могут иметь место в больших литейных и обрубных цехах, на стапелях и в забоях. В ряде сборочно-сварочных цехов судостроительных заводов температура в зимнее время колеблется в пределах 4 - 9 °С при влажности до 68%, а в летнее время на юге страны она выше наружной и составляет 28 - 30 °С. В литейных цехах наименьшая температура 16 - 18 °С, а летом на юге в этих цехах она может достигать 30 - 40 °С.

Особенно сказываются неблагоприятные климатические условия Крайнего Севера, Дальнего Востока и др. Это относится к работам в карьерах, на открытых горных выработках, при распиловке леса, где имеется значительное охлаждение, при переработке древесины и других работах.

Действие вибрации на организм

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. Обнаруживается прямая зависимость между степенью статических мышечных усилий при работе ручным механизированным инструментом и степенью распространения колебаний. Следовательно, снижая силовые воздействия, прилагаемые оператором к машине, можно в значительной степени ограничить распространение вибрации по телу и тем самым снизить ее неблагоприятное действие на человека.

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.

Хотя в нормативных документах, лимитирующих параметры производственных вибраций, пока не нашли отражения сведения о резонансных свойствах тела человека, совершенно очевидно сколь важно учитывать области резонансных частот при создании вибрационных машин и механизмов.

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

Научно-практический интерес представляет рассмотрение физиологического механизма противодействия организма человека отдельным толчкам.

На толчок, как известно, организм отвечает безусловным защитным рефлексом противодействия - напряжением соответствующих групп мышц, что позволяет ему сохранить равновесие, смягчить удар и т. д. Скорость возникновения рассматриваемого собственно мышечного рефлекса составляет 20 мс.

В связи с этим возникла необходимость биофизической оценки толчка по времени нарастания его максимальной амплитуды, т. е. его «жесткости». Практический смысл этого показателя очевиден. Особую опасность для организма представляют чрезвычайно жесткие толчки, время нарастания которых менее 20 мс, так как защитная роль собственно мышечного рефлекса в данном случае нивелирована. Наоборот, плавный, растянутый толчок всегда менее травмирующий. Это необходимо учитывать при создании способов и средств защиты человека от толчков и вибраций.

Вибрационная болезнь

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, а также в симпатических ганглиях, причем наиболее тяжело страдают системы, регулирующие сосудистый тонус. Не исключена и прямая механическая травматизация, в первую очередь опорно-двигательного аппарата (мышц, связочного аппарата, костей и суставов) при интенсивном вибрационном воздействии.

Различают формы вибрационной болезни, вызванные локальной и общей вибрацией.

Наибольшее распространение, а следовательно, социальное и экономическое значение имеет вибрационная болезнь, обусловленная воздействием локальной вибрации.

В производственных условиях работа с ручными машинами, генерирующими преимущественно низкочастотную вибрацию, приводит к развитию вибрационной патологии с преимущественным поражением нервно-мышечного и опорно-двигательного аппарата и менее выраженным сосудистым нарушениям. Эта форма наблюдается у формовщиков, бурильщиков и др. Заболевание возникает через 8 – 10 лет работы в профессии.

Работа с инструментами ударного действия (клепка, обрубка), генерирующими вибрацию, преимущественно средне высокочастотную (30 - 125 Гц и более) с неравномерным распределением максимальных уровней по ширине спектра энергии, вызывает различную степень сосудистых, нервно-мышечных, костно-суставных и других нарушений. Сроки развития патологии составляют от 3 до 8 лет.

При работе с шлифовальными и другими ручными машинами, вибрация которых имеет максимальный уровень энергии в высокочастотной области спектра (125 - 250 Гц и выше), возникают главным образом ангиоспастические сосудистые расстройства, в среднем через 5 и менее лет.

Сосудистые расстройства являются одним из основных симптомов вибрационной болезни. 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 обызвествлении, кистозных образований, деформирующих артрозо-артритов крупных суставов верхних конечностей (рис. 10, 11).

Рис. 10. Дегенеративно-дистрофические изменения в локтевом суставе обрубщика. 1 - шпора; 2 - параосальные обызвествления.

Рис. 11. Глубокое разрежение костной ткани концевой фаланги III пальца (а) и начальные дистрофические изменения (б) в концевой фаланге II пальца у шлифовщика металла.



Клинически в развитии вибрационной болезни, вызванной воздействием локальной вибрации, различают 3 степени ее развития.

Начальные проявления (I степень):

1) периферический ангиодистонический синдром;

2) периферический ангиоспастический синдром с редкими акроспазмами пальцев рук;

3) синдром сенсорной (вегетативно-сенсорной) полиневропатии рук.

Умеренно выраженные проявления (II степень):

1) периферический ангиоспастический синдром:

а) с частыми акроспазмами;

б) со стойкими вегетативно-трофическими нарушениями;

2) синдром сенсорной (вегетативно-сенсорной) полиневропатии в сочетании: (далее не хватает 5 листов).