Охрана труда
 Скачать 5.35 Mb.
|
|
Вибрация — это малые механические колебания, возникающие в упругих телах. Источниками вибрации могут являться: • возвратно-поступательные движущиеся системы — кривошипно- шатунные механизмы, перфораторы, вибротрамбовки, виброфармовочные машины и др.; • неуравновешенные вращающиеся массы — режущий инструмент, дрели, шлифовальные машины, технологическое оборудование; • ударное взаимодействие сопрягаемых деталей — зубчатые передачи, подшипниковые узлы; • оборудование и инструмент, использующие в технологических целях ударное воздействие на обрабатываемый материал — рубильные и отбойные молотки, прессы, инструмент используемый в клепке, чеканке и т. д. Область распространения вибрации называется вибрационной зоной. Параметры, характеризующие вибрацию. Вибрация характеризуется скоростью (V, м/с) и ускорением (а, м/с 2 ) колеблющейся твердой поверхности. Обычно эти параметры называют виброскоростью и виброускорением. Величины виброскорости и виброускорения, с которыми приходится иметь дело человеку, изменяются в очень широком диапазоне. Оперировать с цифрами большого диапазона очень, неудобно. Кроме того, органы человека реагируют не на абсолютное изменение интенсивности раздражителя, а на его относительное изменение. В соответствии с законом Вебера-Фехнера, ощущения человека, возникающие при различного рода раздражениях, в частности вибрации, пропорционально логарифму количества энергии раздражителя. Поэтому в практику введены логарифмические величины — уровни виброскорости и виброускорения: ). o a a lg( 10 a L ), o V V lg( 20 ) 2 o V 2 V lg( 10 v L Измеряются уровни в специальных единицах — децибелах (ДБ). За пороговые значения виброскорости и виброускорения приняты стандартизованные в международном масштабе величины: 2 с / м 4 10 3 о а , с / м 8 10 5 o V Важной характеристикой вибрации является его частота (f) - количество колебаний в единицу времени. Частота измеряется в герцах (Гц, 1/с) — количестве колебаний в секунду. Частоты производственных вибраций изменяются в широком диапазоне: от 0,5 до 8000 Гц. Время, в течение которого происходит одно колебание, называется периодом колебания Т(с): f 1 Т Максимальное расстояние, на которое перемещается любая точка вибрирующего тела, называется амплитудой или амплитудой виброперемещения А (м). Для гармонических колебаний связь между виброперемещением, виброскоростью и виброускорением выражается формулами ; A 2 f) (2 a ; A f 2 V где 14 , 3 Вибрация может характеризоваться одной или несколькими частотами (дискретный спектр) или широким набором частот (непрерывный спектр). Спектр частот разбивается на частотные полосы (октавные диапазоны). В октавном диапазоне верхняя граничная частота 1 f вдвое больше нижней граничной частоты 2 f , т.е. 2 f 1 f =2. Октавная полоса характеризуется ее среднегеомет- рической частотой. Среднегеометрические частоты октавных полос частот вибрации стандартизованы 2 f 1 f сг f и составляют: 1, 2, 4, 8, 16, 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц. Из определения октавы по среднегеометрическому значению ее частоты можно определить нижнее и верхнее значения октавной полосы частот. Классификация вибраций (рис. 2.12). Производственную вибрацию классифицируют по следующим признакам: • способ передачи вибрации; • направление действия вибрации; • временная характеристика вибрации; • характер спектра вибрации; • источник возникновения вибрации. Рисунок 2.12 Классификация производственных вибраций По способу передачи вибрацию подразделяют на общую и локальную. Общая вибрация передается через опорные поверхности на все тело сидящего или стоящего человека. Локальная вибрация передается на руки или отдельные участки тела человека, контактирующие с вибрирующим инструментом или вибрирующими поверхностями технологического оборудования. По направлению действия вибрация подразделяется на: • вертикальную вибрацию; • горизонтальную вибрацию — от спины к груди; • горизонтальную вибрацию — от правого плеча к левому плечу. Направление действия вертикальной и горизонтальной вибрации на человека представлено на рис. 2.13. Рисунок 2.13 Направление координат осей при действии общей вибрации: а — положение стоя; б — положение сидя; ось o Z — вертикальная, перпендикулярная опорной поверхности; ось o X — горизонтальная от спины и груди; ось o Y — горизонтальная от правого плеча к левому По временным характеристикам вибрации подразделяются на: • постоянные вибрации, для которых величина виброскорости изменяется не более чем на 6 дБ; • непостоянные вибрации, для которых величина виброскорости изменяется не менее чем на 6 дБ; при этом непостоянные вибрации дополнительно различаются на колеблющиеся, для которых уровень виброскорости изменяется во времени непрерывно; прерывистые, когда контакт человека с вибрирующей поверхностью прерывается, причем длительность интервалов в течение которых имеет место контакт с вибрацией не превышает 1 с; импульсные — состоящие из одного или нескольких вибрационных воздей- ствий, каждый длительностью менее 1 с. По спектру вибрации подразделяются на: • узкополосные, у которых уровни виброскорости на отдельных частотах или диапазонах частот более чем на 15 дБ превышают значения в соседних диапазонах; • широкополосные, у которых отсутствуют выраженные частоты или узкие диапазоны частот, на которых уровни виброскорости превышают более чем на 15 дБ уровни соседних частот. Кроме того, по частотному спектру вибрации подразделяют на: низкочастотную ( сг f = 8, 16 Гц для локальной вибрации и 1,4 Гц для общей вибрации); среднечастотную ( сг f = 31,5, 63 Гц длялокальной и 8,16 Гц для общей); высокочастотную ( сг f = 125, 250, 500, 1000 Гц для локальной и 31,5, 63 Гц — для общей). По источнику возникновения общая вибрация подразделяется на несколько категорий: • категория 1 — транспортная вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах транспортных средств при их движении по местности; • категория 2 — транспортно-технологическая вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах машин с ограниченной зоной перемещения при их перемещении по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок; • категория 3 — технологическая вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах стационарных машин и технологического оборудования или передающаяся на рабочие места, не имеющие источников вибрации. Воздействие вибрации на организм человека. Вибрация относится к вредным факторам, обладающим высокой биологической активностью. Действие вибрации на человека зависит от частоты и уровня вибрации, продолжительности воздействия, места приложения вибрации, направления оси вибрационного воздействия, индивидуальных способностей организма человека воспринимать вибрацию, условий возникновения резонанса и ряда других условий. Колебательные процессы присущи живому организму, в частности человеку — ритмичные колебания сердца, крови, биотоков мозга. Внутренние органы человека (печень, почки, желудок, сердце и т. д.) можно рассматривать как колебательные системы с упругими связями. Собственная частота внутренних органов о f = 3...6 Гц. Собственная частота головы человека относительно плечевого пояса — 25...30 Гц, относительно основания, на котором находится человек, — 4...6 Гц. При совпадении собственных частот внутренних органов человека и отдельных частей его тела с частотой вынужденной вибрации возникает явление резонанса, при котором резко возрастает амплитуда колебаний органов и частей тела. При этом могут возникнуть болевые ощущения в отдельных органах (которые, например, могут наблюдаться при длительной езде по ухабистой дороге на машине с плохой амортизацией), а при очень высоких уровнях вибрации — даже травмы, разрывы связок, артерий. Явление резонанса для человека возникает при низкочастотной вибрации. Колебания с частотой менее 0,7 Гц получили название качки. Качка не вызывает серьезных нарушений в организме человека, но происходят нарушения в вестибулярном аппарате человека, а у людей со слабым вестибулярным аппаратом может возникнуть так называемая морская болезнь, при которой возникает головокружение, тошнота, рвота. После прекращения качки это состояние через некоторое время исчезает. При частотах вибрации менее 16 Гц кроме явлений резонанса у человека возникает подавленное состояние, чувство страха, тревогии, угнетается центральная нервная система. При воздействии вибрации в организме человека происходят функциональные н физиологические изменения, представленные в табл. 2.2. Таблица 2.2. Изменения в организме человека при воздействии вибрации Вид изменений в организме Симптомы Результат воздействия Функциональные Повышенная утомляемость; увеличение времени двигательных реакций; увеличение времени зрительных реакций; нарушение вестибулярных реакций и координации движений Снижение производительно- сти и качества труда. Возникновение травм, связанных с заторможенной реакцией человека на изменение обстановки Физиологические Развитие нервных заболеваний; нарушение функций сердечно- сосудистой системы; нарушение функций опорно- двигательного аппарата; поражение мышечных тканей и суставов; нарушение функций органов внутренней секреции Возникновение виброболезни Вибрационная болезнь (виброболезнь) — профессиональное заболевание, вызванное длительным воздействием на организм вибрации. Впервые виброболезнь описана итальянским врачом Дж. Лоригой в 1911 г. Таблица 2.3 Симптомы стадий виброболезни Стадии виброболезни Форма виброболезни. | Вид вибрации Симптомы I - начальная Церебральная Общая Нарушения сна, эмоциональная неустойчивость, легкие нарушения чувствительности, пониженная температура ног, болезненность в икрах, утомляемость ног, незначительные изменения периферических нервных окончаний и сосудов ног Периферическая Локальная Периодические нерезко выраженные боли в руках, легкие | расстройства болевой и вибрационной чувствительности пальцев, незначительные изменения мышц плечевого пояса II - умеренно- выраженная Церебральная Общая Головокружение, непереносимость тряски, частые головные боли, изменения в вестибулярном аппарате, нарушения в центральной нервной системе (невротические реакции) Периферическая Локальная Выраженные сосудистые кризы, приступы спазм и побеления пальцев («мертвые пальцы»), сменяющиеся синюшностью резкие снижения кожной температуры на кистях (руки холодные и мокрые), пальцы отечные, сильные боли в мышцах рук, функциональные изменения центральной нервной системы IIІ - выраженная Церебральная Общая Выраженные сосудистые кризы, приступы спазм и побеления пальцев («мертвые пальцы»), сменяющиеся синюшностью, резкие снижения кожной температуры на кистях (руки холодные и мокрые), пальцы отечные, сильные боли в мышцах рук, функциональные изменения центральной нервной системы Периферическая Локальная Выраженные изменения центральной нервной системы, вестибулярные расстройства с приступами головокружения, непереносимость вибрации, постоянные головные боли, невротические реакции, изменения имеют необратимый характер Поражение высших отделов центральной нервной системы, сосудистые нарушения верхних и нижних конечностей, кризы, распространяющиеся на область коронарных сосудов, приступы головокружения, полуобморочные состояния Клинические симптомы периферической виброболезни: спазмы периферических сосудов на фоне вегетативного полиневрита; признаки: приступы побеления пальцев (синдром «мертвых», «белых» 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. Клинические симптомы церебральной виброболезни: на начальной стадии — общемозговые сосудистые нарушения, затем — функциональные расстройства центральной нервной системы (вестибулярный синдром); на поздней стадии — органическое поражение головного мозга, вегето-сосудистые расстройства. При церебральной и периферической виброболезни возникают побочные патологические изменения органов внутренней секреции, вестибулярного аппарата и т. д. Виброболезнь длительное время может протекать компенсированно (незаметно для человека). Различают три стадии развития виброболезни. Вибрационная болезнь регистрируется у водителей транспорта, операторов транспортно-технологических машин и агрегатов, работающих с ручным виброинструментом (перфораторами отбойными молотками и т. д.), формовщиков, бурильщиков, заточников, рихтовщиков. К факторам производственной среды, усугубляющим вредное воздействие вибрации на организм человека, относятся повышенные мышечные нагрузки, неблагоприятные микроклиматичсские условия (прежде всего пониженная температура и повышенная влажность), шум высокой интенсивности, который, как правило, сопровождает вибрацию, психо-эмоциональная напряженность. Охлаждение и смачивание рук значительно повышает риск развития вибрационной болезни за счет усиления сосудистых реакций. Гигиеническое нормирование вибрации. Нормирование вибрации осуществляется по ГОСТ 12.1.012-90 и СН 2.2.4/2.1.8.566-96. Устанавливаются допустимые значения виброскорости и виброускорения, а также их логарифмические уровни. Допустимые значения устанавливаются отдельно для общей и локальной вибрации. Общая вибрация нормируется в диапазонах октавных полос со среднегеометрическими значениями частот 2, 4, 8, 16, 31,5 63, 125, 250, 500, 1000 Гц (для транспортной вибрации дополнительно нормируется вибрация в октавной полосе c 1 сг f Гц). Локальная вибрация нормируется в диапазонах частот с сг f = 16, 31,5, 63, 125, 500, 1000 Гц. Нормы установлены для продолжительности рабочей смены в 8 часов. Допустимые значения уровня виброскорости представлены на рис. 2.14 и в табл. 2.4. Таблица 2.4 - Гигиенические нормы вибрации по СН 2.2.4/2.1.8.556-96 (извлечение) Вид вибрации Допустимый уровень виброскорости, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц 1 2 4 8 16 31,5 63 125 250 500 1000 Общая транспортная Вертикальная горизонтальная 132 122 123 117 114 116 108 116 107 116 107 116 - - - - - - - - - - Транспортно- технологическая - 117 108 102 101 101 101 - - - - Технологическая - 108 99 93 92 92 92 - - - - В производственных помещениях, где нет машин, генерирующих вибрацию - 100 91 85 84 84 84 - - - - В служебных помещениях, здравпунктах, конструкторских бюро, лабораториях - 91 82 76 75 75 75 - - - - Локальная вибрация - - - 115 109 109 109 109 109 109 109 Рисуноок 2.14 Гигиенические нормы вибраций: 1а — транспортная вертикальная вибрация; 1б — транспортная горизонтальная вибрация; 2— транспортно-техническая вибрация (вертикальная и горизонтальная); 3а — технологическая вибрация (вертикальная и горизонтальная) в производственных помещениях с источниками вибраций; 3б — то же в производственных помещениях без источников вибраций; 3в — то же в помещениях для умственного труда и административно-управленческих помещениях; 4— локальная вибрация Акустические колебания Акустическими колебаниями называют колебания упругой среды. Понятие акустических колебаний охватывает как слышимые. так и неслышимые колебания воздушной среды. Акустические колебания в диапазоне частот 16...20 кГц, воспринимаемые ухом человека с нормальным слухом, называют звуковыми. Акустические колебания с частотой менее 16 Гц называют инфразвуковыми, выше 20 кГц — ультразвуковыми. Область распространения акустических колебаний называют акустическим полем. Часто акустические колебания называют звуком, а область их распространения — звуковым полем. Шумом принято называть апериодические звуки различной интенсивности и частоты. С физиологической точки зрения шум — это всякий неблагоприятно воспринимаемый человеком звук. Источниками шума на производстве является транспорт, технрлогическое оборудование, системы вентиляции, пневмо- и гидроагрегаты, а также источники, вызывающие вибрацию, т. к. колебания твердых тел вызывают колебания воздушной среды. Шум является одним из наиболее существенных негативных факторов производственной среды. Источники шума формируют звуковые волны, возникающие в результате нарушения стационарного состояния воздушной среды. Параметры, характеризующие акустические колебания (шум). Колебательная скорость V (м/с) — скорость колебания частиц воздуха относительно положения равновесия. Скорость распространения звука (скорость звука) с (м/с) — (скорость распространения звуковой волны. При нормальных атмосферных условиях (температура 20 °С, давление 10 5 Па) скорость распространения звука в воздухе равна 344 м/с. Звуковое давление р (Па) — разность между мгновенным значением полного давления и средним давлением, которое наблюдается в невозмущенной среде , c V р где — плотность среды (кг/м 3 ), рс — называют удельным акустическим сопротивлением (Па ∙ с/м), равное 410 Па ∙ с/м для воздуха,1,5∙10 6 Па ∙ с/м — для воды, 4,8 ∙ 10 7 Па ∙ с/м — для стали. При распространении звука со скоростью звуковой волны происходит перенос энергии, которая характеризуется интенсивностью звука. Интенсивность звука I (Вт/м 2 ) — это энергия, переносимая звуковой волной в единицу времени, отнесенная к площади поверхности, через которую она распространяется ) c ( 2 p I Как и для вибрации и по тем же самым причинам, звуковое давление и интенсивность звука принято характеризовать их логарифмическими значениями — уровнями звукового давления и интенсивности звука. Уровень звукового давления ), o p p lg( 20 ) 2 o p 2 p lg( 10 p L где р — звуковое давление, Па; р 0 — пороговое звуковое давление, равное 2 10 -5 Па. Уровень интенсивности звука ), o I I lg( 10 i L где I — интенсивность звука, Па; I o — пороговая интенсивность звука, равная 10 -12 Вт/м 2 В качестве пороговых значений приняты минимальные значения звукового давления и интенсивности звука, которые слышит человек при частоте звука в 1000 Гц, поэтому они получили названия порогов слышимости. Важной характеристикой, определяющей распространение шума и его воздействие на человека, является его частота. Так же как и для вибрации, диапазон звуковых частот разбит на октавные полосы ( 2 f 1 f =2 ), характеризуемые их среднегеометрическими частотами сг f Граничные и среднегеометрические частоты октавных полос приведены ниже. Таблица 2.5. Частоты и диапазоны октавных полос Среднегеометрические значения октавных полос, Гц Граничные частоты и диапазоны октавных полос, Гц 63 45…90 125 90…180 250 180…355 500 355…710 1000 710…1400 2000 1400…2800 4000 2800…5600 8000 5600…11200 Классификация производственного шума (рис. 2.15). Шум классифицируется по частоте, спектральным и временным характеристикам, природе его возникновения. Рисунок 2.15 Классификация производственного шума По частоте акустические колебания различаются на инфразвук (f < 16 Гц), звук ( Гц 20000 f 16 ), ультразвук ( Гц 20000 f ). Акустические колебания звукового диапазона подразделяются на низкочастотные (менее 350 Гц), среднечастотные (от 350 до 800 Гц), высокочастотные (свыше 800 Гц). По спектральным характеристикам шум подразделяется на широкополосный с непрерывным спектром более одной октавы и тональный (дискретный), в спектре которого имеются выраженные дискретные тона (частоты, уровень звука на которых значительно выше уровня звука на других частотах). Спектры широкополосного и тонального шума представлены на рис. 2.16, а. Рисунок 2.16 Характеристики шума: a— спектральные; б— временные Примером широкополосного шума может являться шум реактивного самолета, тонального — шум дисковой пилы, в спектре шума которой имеется ярко выраженная частота с доминирующим уровнем звука. По временным характеристикам шум подразделяется на постоянный и непостоянный. Постоянным считается шум, уровенькоторого в течение 8- часового рабочего дня изменяется не более чем на 5 дБ; непостоянным — если это изменение превышает 5 дБ. Непостоянные шумы в свою очередь разделяются на колеблющиеся, уровень звука которых изменяется непрерывно во времени (например, шум транспортных потоков); прерывистые, уровень звука которых изменяется ступенчато (на 5 дБ и более), причем длительность интервалов, в которых уровень звука остается постоянным не менее 1 с (например, шум прерывисто сбрасываемого из баллонов сжатого воздуха); импульсные, представляющие собой звуковые импульсы, длительностью менее 1 с (например, шум агрегатов и машин, работающих в импульсном режиме). Временные характеристики колеблющегося, импульсного и импульсного шумов показаны на рис. 2.16, б. По природе возникновения шум можно разделить на механический, аэродинамический, гидравлический, электромагнитный. Механические шумы возникают по следующим причинам: наличие в механизмах инерционных возмущающих сил, возникающих из-за движения деталей механизма с переменными ускорениями; соударение деталей в сочленениях вследствие неизбежных зазоров; трение в сочленениях деталей механизмов; ударные процессы (ковка, штамповка, клепка, рихтовка) и ряд других. Основными источниками возникновения шума механического происхождения являются подшипники качения и зубчатые передачи, а также неуравновешенные вращающиеся части машин. Аэродинамические шумы возникают в результате движения газа, обтекания газовыми (воздушными) потоками различных тел. Аэродинамический шум возникает при работе вентиляторов, воздуходувок, компрессоров, газовых турбин, выпусков пара и газа в атмосферу, двигателей внутреннего сгорания. Причинами аэродинамического шума являются вихревые процессы, возникающие в потоке рабочей среды при обтекании тел и выпуске свободной струи газа; пульсации рабочей среды, вызываемые вращением лопастных колес вентиляторов, турбин; колебания, связанные с неоднородностью и пульсациями потока. Аэродинамический шум — один из самых значительных по уровню звука. Гидравлические шумы возникают вследствие стационарных и нестационарных процессов в жидкостях (кавитация, турбулентность, гидравлические удары). Например, в насосах источником гидравлического шума является кавитация жидкости у поверхностей лопаток насоса при высоких окружных скоростях вращения рабочего колеса. Электромагнитные шумы возникают в электрических машинах и оборудовании, использующим электромагнитную энергию. Основной причиной возникновения электромагнитного шума является взаимодействие ферромагнитных масс под влиянием переменных во времени и пространстве магнитных полей, а так-же электрические (пондеромоторные) силы, вызываемые взаимодействием электромагнитных полей, создаваемых переменными электрическими токами. |