Источниками вибрации являются механизмы, машины, механизированный инструмент. Вибрации могут быть непреднамеренными (например, из-за плохой балансировки и центровки вращающихся частей машин и оборудования, пульсирующего движения жидкости, работы перфоратора и.т.п.), а также специально используемыми в технологических процессах (отбойные молотки, вибропогружатели свай, вибрационное оборудование для производства железобетонных конструкций, оборудование для ускорения химических реакций и.т.п.).

Вибрация – это вредный производственный фактор, отличающийся большой активностью. Вибрационная патология стоит на втором месте среди профессиональных заболеваний. Классификация вибрации связана с особенностями передачи колебаний человеку. В соответствии с эти вибрация подразделяется на общую (воздействие на все тело человека) и локальную (воздействие на отдельные части тела – руки или ноги).

Общая вибрация подразделяется, в свою очередь, по месту возникновения на следующие виды:

Категория 1 – транспортная вибрация, воздействующая на оператора на рабочих местах самоходных и прицепных машин и транспортных средств при их движении по местности, в том числе, при строительстве дорог; при этом оператор может в известных пределах регулировать ее величину.

Категория 2 – транспортно-технологическая вибрация, возхдействующая на человека0оператора на рабочих местах машин с ограниченной подвижностью при перемещении их по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок и горных выработок; при этом оператор может лишь иногда регулировать воздействие вибрации.

Категория 3а – технологическая вибрация, воздействующая на оператора на рабочих местах стационарных машин или передающаяся на рабрчие места, не имеющие источников вибрации.

Категория 3б – вибрация на рабочих местах работников умственного труда и персонала, не занимающегося физическим трудом. К ней относится, в частности, вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах на промышленных кранах, у станков металло- и деревообрабатывающих, кузнечно-прессового оборудования, литейных машин и т.п.

Локальная вибрация классифицируется по источнику возникновения и подразделяется на:

передающуюся от ручных машин (с двигателями), органов ручного управления машин и оборудования;
передающуюся от ручных инструментов (без двигателей0 и обрабатываемых деталей.

Эту классификацию следует иметь в виду при гигиенической оценке локальной вибрации, так как в первом случае санитарно-гигиенические требования и правила включаются в техническую документацию на машины и оборудование, а во втором – в документацию на технологию проведения работ.

Вибрация рабочих мест операторов носит преимущественно низкочастотный характер с высокими уровнями в октавах 1...8 Гц и зависит от технологической операции, скорости передвижения, типа сидения, виброзащиты, степени изношенности машины, профиля дорог и т.п. Спектр вибрации в этих случая – широкополосной (максимум энергии при этом лежит в полосах 1..2 Гц и 4..8 Гц).

На операторов транспортных средств обычно воздействует переменная по уровням и спектрам вибрация, включающая микро- и макропаузы.

Спектры вибраций рабочих мест технологического оборудования носят низко- и средне-частотный характер с максимумом энергии на частотах 4..16 Гц.

5.2 Характеристики вибрации

Вибрация характеризуется следующими величинами:

частотой f (Гц)
амплитудой смещения А(t)
скоростью V(t) (виброскорость)
ускорением w(t) (виброускорение)

Рассмотрим выражения для этих величин. Поскольку вибрацию можно представить как колебание материальной точки, то соответствующее уравнение имеет вид:

, где k = 2Пf

решение этого уравнения (величина смещения), как известно, имеет вид

Тогда имеем для скорости:

и ускорения:

5.3 Действие вибрации на организм человека

Вибрация опасна как для машинного, так и для человеческого компонента системы «человек - машина». Воздействуя на машинный компонент вибрация чаще всего снижает производительность технических установок, вызывает знакопеременные, приводящие к усталостному разрушению напряжения в конструкциях, снижает точность считываемых показаний приборов и т.п.

При воздействии вибрации на организм важную роль играют анализаторы центральной нервной системы: вестибулярный, кожный и др. (см. рис.1).

При длительном воздействии вибрации с частотами f = 250-350 Гц возникает профессиональное заболевание под названием «вибрационная болезнь», сопровождающаяся стойкими патологическими нарушениями в организме (поражение мышц, изменения в костях, суставах, смещение органов в брюшной полости).

При частотах f»5 Гц (собственная частота колебаний органов человеческого организма) - возможно повреждение отдельных частей и органов.

Опасными частотами для внутренних органов является диапазон 6¼9 Гц, для рук 30¼80 Гц.

Активной составляющей воздействия вибрации на организм является ускорение. При работе строительных машин и технологических процессов существуют горизонтальные и вертикальные толчки и тряска, сопровождающиеся возникновением периодических импульсных ускорений. При частоте колебаний от 1 до 10 Гц значения предельных ( по ощущениям) ускорений следующие:

10 мм/с – неощутимые,

40 мм/с – слабоощутимые,

400 мм/с – сильно ощутимые,

1000 мм/с – вредные,

4000 мм/с – непереносимые.

Благодаря наличию мягких тканей, костей, суставов, внутренних органов и особенностей конфигурации, тело человека представляет собой сложную колебательную систему, первичная механическая реакция которой на вибрационное воздействие зависит не только от характеристик интенсивности вибрации, но и от диапазона частот.

Особенно вредны вибрации с вынужденной частотой, совпадающей с собственной частотой колебаний тела человека или его отдельных органов:

для тела человека – 6..9 Гц,

головы – 6 Гц,

желудка – 8 Гц,

другие органы – в пределах 25 Гц,

глазные яблоки – 60..90 Гц (расстройства зрительных восприятий).

Локальная вибрация приводит к спазму сосудов, начиная с концевых фаланг пальцев до предплечья, плеча, сосудов сердца. Она вызывает также поражение нервов, отложение солей.

5.4 Нормирование вибрации

Для санитарного нормирования и контроля вибраций используются средне-квадратичные значения виброскорости V и виброускорения W , а также их логарифмические уровни в децибелах Lv и Lw (для локальной вибрации - в октавных полосах, для общей в 1/3- октавных). Нормативные значения приведены в ГОСТ 12. 1.012-90.

Уровень виброскорости определяется как :

Lv = 20 lg

Общая вибрация нормируется вдоль осей C,U,Z декартовой системы координат.

Общая и локальная вибрация нормируются отдельно.

Дозовый подход позволяет оценивать кумуляционный эффект вибрации, вычисляя дозу вибрации Д:

Д = , где - мгновенное корректированное значение виброскорости в момент .

При этом нормируемым параметром является

Изменение вибрации осуществляется приборами НВА-1, ШВК-1, ВШВ-2. Точки измерения - на рабочих местах (или в рабочих зонах обслуживания).

5.5 Защита от вибрации

Основными методами защиты от вибрации являются:

воздействие на источник возбуждения (снижение или ликвидация возбуждающих сил)
отстройка от режима резонанса (подбор массы m и жесткости g колебательной системы)
вибродемпфирование- увеличение механического импеданса колебательной системы

где -активная часть сопротивления

(mw-gw) - реактивная часть сопротивления

mw - инерционная часть

gw - упругая часть

динамические гашения колебаний - присоединения к защищаемому объекту системы, реакции которой уменьшают размах вибрации объекта.
изменение конструктивных параметров.
активная виброзащита - дополнительный источник вибрации в противофазе.
виброизоляция - для ослабления вибрации от источника. Установка виброизоляторов - материалов с большим внутренним трением (резина, пробка, войлок, асбест, стальные пружины).

Виброизоляцию можно оценить через коэффициент передачи

, где f и f₀ – частота возмущающей силы и собственная частота системы при наличии виброизолирующего слоя. Эффективность виброизоляции определяется по формуле