Нормирование вибрации. Нормирование и средства оценки вибраций. Защита от ультразвука
Основными гигиеническими характеристиками, определяющими воздействие вибрации на человека, по Санитарным нормам СН 2.2.4/2.1.8.566-96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий» являются среднеквадратичные значения виброскорости и виброускорения в октавных полосах частот. ГОСТ 12.1.012-2004 «Вибрационная безопасность» определяет в качестве гигиенической характеристики вибрации значение полного корректированного виброускорения.
Гигиеническая оценка постоянной и непостоянной вибрации, действующей на человека, производится посредством:
Частотного (спектрального) анализа вибрации;
Интегральной оценки по частоте воздействующей вибрации;
Интегральной оценки с учетом времени вибрационного воздействия по эквивалентному (по энергии) уровню вибрации.
Предельно допустимые уровни производственной вибрации установлены СН 2.2.4/2.1.8.566-96 отдельно для локальной и общей вибрации (вибрация рабочих мест). Причем, нормирование общей вибрации осуществляется тоже отдельно для следующих категорий вибрации (по источнику возникновения): – транспортной вибрации (вибрации 1-й категории); транспортно-технологической вибрации (вибрации 2-й категории); технологической вибрации (вибрации 3-й категории).
Нормируемый диапазон частот устанавливается:
Для локальной вибрации в виде октавных полос со среднегеометрическими частотами: 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц;
Для общей вибрации в виде октавных или третьоктавных полос со среднегеометрическими частотами 0,8; 1; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 31,5; 40,0; 50,0; 63,0; 80,0 Гц.
Значение среднегеометрической частоты октавной полосы при нормировании вибрации, как и при нормировании шума, определяется по формуле (7.5).
При частотном (спектральном) анализе нормируемыми параметрами являются средние квадратические значения виброскорости (V )и виброускорения (а ) или их логарифмические уровни (L V , L a ), измеряемые в октавных и третьоктавных полосах частот, устанавливаемых для длительности воздействия 480 мин (8 ч).
Гигиеническая оценка воздействующей на работника постоянной вибрации (общей, локальной) проводится методом интегральной оценки по частоте нормируемого параметра. При этом нормируемым параметром является корректированное значение виброскорости и виброускорения (U )или их логарифмические уровни (L U ), измеряемые с помощью корректирующих фильтров или вычисляемые по формулам:
где U i и L Ui – среднее квадратическое значение контролируемого параметра вибрации (виброскорости или виброускорения) и его логарифмический уровень в i -й частотной полосе; n – число частотных полос в нормируемом диапазоне; K i и L Ki – весовые коэффициенты для i -й частотной полосы для среднего квадратического значения контролируемого параметра или его логарифмического уровня.
Весовые коэффициенты K i и L Ki приведены в табл. 1 и 2 СН 2.2.4/2.1.8.566-96.
Гигиеническая оценка воздействующей на работника непостоянной вибрации (общей, локальной) проводится методом интегральной оценки по эквивалентному (по энергии) уровню нормируемого параметра. При интегральной оценке вибрации с учетом времени ее воздействия по эквивалентному (по энергии) уровню нормируемым параметром является эквивалентное корректированное значение виброскорости или виброускорения (U экв) или их логарифмический уровень (L U экв), измеренные или вычисленные по формулам:
, дБ, (8.8)
, дБ, (8.9)
где U i – корректированное по частоте значение контролируемого параметра виброскорости (V, L V ), или виброускорения (a, L a ); t i – время действия вибрации, ч;
где n – общее число интервалов действия вибрации.
При воздействии на работника в течение рабочего дня (смены) как постоянной, так и непостоянной вибрации (общей, локальной) для оценки условий труда измеряют или рассчитывают с учетом продолжительности их действия эквивалентный корректированный уровень (значение) виброскорости или виброускорения по формуле (8.9).
При оценке вибрационной нагрузки на работника предпочтительным параметром является виброускорение.
Норма вибрационной нагрузки на работника устанавливается для каждого направления действия вибрации.
Гигиенические нормы одночисловых (корректированных) показателей вибрационной нагрузки на работника для длительности смены 8 ч в соответствии с СН 2.2.4/2.1.8.566-96 приведены в табл. 8.1.
Таблица 8.1
Гигиенические нормы вибрации
| Вид вибрации | Категория вибрации по санитарным нормам | Направление действия | Нормативные корректированные и эквивалентные корректированные значения | |||
| по виброускорению | по виброскорости | |||||
| м/с 2 | дБ | м/с | дБ | |||
| Локальная | X л, Y л, Z л | 2,0 | 2,0 | |||
| Общая | Z о | 0,56 | 1,1 | |||
| X о, Y о | 0,4 | 3,2 | ||||
| Z о, X о, Y о | 0,28 | 0,56 | ||||
| 3 тип «а» | Z о, X о, Y о | 0,1 | 0,2 | |||
| 3 тип «б» | Z о, X о, Y о | 0,04 | 0,079 | |||
| 3 тип «в» | Z о, X о, Y о | 0,014 | 0,028 |
Гигиенические нормы в логарифмических уровнях средних квадратических значений виброскорости для октавных полос частот приведены на рис. 8.3.
Рис. 8.3. Допустимые логарифмические уровни средних квадратических
значений виброскорости для октавных полос частот:
1-3 – общая вибрация: 1 – транспортная (1´ – вертикальная, 1´´– горизонтальная); 2 – транспортно-технологическая; 3 – технологическая (3а – на постоянных рабочих местах производственных помещений предприятий, 3б – на рабочих местах в складах, столовых, бытовых, дежурных и других производственных помещений, где нет машин, генерирующих вибрацию, 3в – на рабочих местах и помещениях заводоуправления, конструкторских бюро, лабораторий, учебных пунктов, вычислительных центров, здравпунктов, конторских помещениях, рабочих комнатах и других помещениях для работников умственного труда); 4 – локальная вибрация
Нормативные уровни вибрации для водителей автомобильного транспорта приведены в табл. 8.2, для железнодорожных транспортных средств – в табл. 8.3.
Таблица 8.2
Гигиенические нормы вибрации для автотранспорта
Таблица 8.3
Гигиенические нормы вибрации железнодорожных транспортных средств
| № п/п | Вид подвижного состава | Оси | Нормативные уровни вибрации, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц | Корректированные и эквивалентные корректированные значения и их уровни | ||||||
| 31,5 | ||||||||||
| Кабины локомотивов и МВПС по виброскорости | Z X, Y | |||||||||
| Пассажирские вагоны поездов дальнего следования - по виброскорости | Z X, Y | |||||||||
| Пассажирские вагоны электро- и дизельных поездов (электрички) - по виброскорости | Z X, Y | |||||||||
| Путеизмерительные вагоны и вагоны дефектоскопии на рабочих местах (пол, сидение) - по виброскорости | Z X, Y | |||||||||
| - по виброускорению | Z X, Y |
Окончание табл. 8.3
Измерение вибрации
Контроль вибрации проводят в точках, для которых установлены санитарные и технические нормы в направлениях координатных осей, установленных ГОСТ 31191.1-2004 (ИСО 2631-1:1997) «Вибрация и удар. Измерение общей вибрации и оценка ее воздействия на человека. Ч.1. Общие требования», ГОСТ 31319-2006 (ЕН 14253:2003) «Вибрация. Измерение общей вибрации и оценка ее воздействия на человека. Требования к проведению измерений на рабочих местах», ГОСТ 31192.1-2004 (ИСО 5349-1:2001) «Вибрация Измерение локальной вибрации и оценка ее воздействия на человека. Ч.1. Общие требования», ГОСТ 31192.2-2004 (ИСО 5349-2:2001) «Вибрация Измерение локальной вибрации и оценка ее воздействия на человека. Ч.2. Требования к проведению измерений на рабочих местах».
Допускается проводить измерения в других, более удобных для контроля точках рабочего места, машины, тела оператора, если установлены достоверные взаимосвязи (аналитические зависимости, передаточные функции, коэффициенты, поправки и другие показатели) между выбранным местом измерения и точкой, для которой установлены нормы вибрации.
Контроль вибрации на рабочих местах должен обеспечивать оценку вибрационной нагрузки на оператора в реальных условиях производства.
Периодические испытания ручных машин для контроля ВХ должны проводиться не реже раза в год.
Периодичность контроля вибрационной нагрузки на оператора при воздействии локальной вибрации должна быть не реже 2 раз в год, общей – не реже раза в год.
Отбор рабочих мест при выборочном контроле вибрации на рабочих местах должен производиться по методике, разработанной для конкретного производства и согласованной с организациями или службами, по указанию которых он проводится.
Контроль качества машин должен проводиться при контрольных испытаниях в соответствии с ГОСТ Р 15.201-2000 «Система разработки и постановки продукции на производство. Продукция производственно-технического назначения. Порядок разработки и постановки продукции на производство».
Контроль технического состояния машин должен осуществляться после их ремонта и периодически.
Программа контроля при оценке вибробезопасности на рабочих местах или контроля ВХ машин должна содержать:
характеристику объекта измерений, правила его выбора;
условия контроля, при которых проводят измерения;
виды и характеристики применяемых средств испытаний;
контролируемые параметры показателей вибрационной нагрузки на оператора или ВХ машины;
точки и направления измерений;
способы установки вибропреобразователей;
тип измерительной аппаратуры и ее погрешность;
требования к числу наблюдений и времени измерения;
методику обработки и критерии оценки результатов измерений.
Контроль вибрационной нагрузки на оператора по спектральному или корректированному по частоте значению контролируемого параметра допускается осуществлять по результатам определения ВХ, например по результатам испытаний ручных машин на стендах.
Виброизмерительная аппаратура должна соответствовать требованиям ГОСТ ИСО 8041-2006 «Вибрация. Воздействие вибрации на человека. Средства измерений» и иметь действующее свидетельство о поверке. Краткий перечень средств измерений вибрации приведен в приложении 1. Средства для измерений вибрации должны иметь в своем составе устройства для показаний следующих параметров:
Среднеквадратичного значения корректированного ускорения для данного периода измерений;
Среднеквадратичного значения ускорения в диапазоне полосовой фильтрации для данного периода измерений;
Периода измерений.
Средства измерений должны иметь в своем составе устройство индикации появления перегрузки в любой из моментов измерений. Для определения максимального кратковременного среднеквадратичного и значения пикового значения должна быть предусмотрена возможность работы средства измерений в режиме удержания измеренных значений.
Для измерения вибрации применяют виброметры и шумомеры с дополнительным приспособлением – виброизмерительным преобразователем, устанавливаемым вместо микрофона. Для оценки вибрационной нагрузки точки измерения выбирают в местах контакта оператора с вибрирующей поверхностью. Если оператор в процессе производственной деятельности перемещается в пределах рабочего места (зоны), то измерения выполняют через каждый метр его пути.
При измерении общей вибрации вибропреобразователь устанавливают на промежуточной платформе у ног оператора, работающего стоя, или на промежуточном диске, размещаемом на сиденье под опорными поверхностями оператора, работающего сидя. При измерении локальной вибрации вибропреобразователь устанавливают на переходном элементе – адаптере.
Способ и устройство крепления вибропреобразователя не должны оказывать влияния на характер контролируемой вибрации и вносить погрешности в измерения. Предпочтительным креплением вибропреобразователя является шпилька.
Предельная погрешность измерений вибрации не должна быть более ±3 дБ с вероятностью 0,95.
Измерения проводят непрерывно или через равные промежутки времени (дискретно).
При непрерывном измерении спектров и корректированных по частоте значений длительность измерений должна быть: для локальной вибрации - не менее 3 с; для общей вибрации – не менее 30 с.
При непрерывном измерении дозы вибрации или эквивалентного корректированного значения контролируемого параметра длительность наблюдения должна быть не менее 5 мин для локальной вибрации и не менее 15 мин для общей вибрации.
При дискретном измерении спектров и корректированных по частоте значений интервал между снятием отсчетов должен быть для локальной вибрации не менее 1 с, для общей вибрации – не менее 10 с.
Приборы для измерения вибрации делятся на две группы: приборы, измеряющие вибрацию неэлектрическими методами, и приборы с преобразованием механических колебаний в электрические. Механические вибрографы редко встречаются в настоящее время и обычно используются как приборы для проведения оценочных замеров амплитуд и частот вибраций, так как чувствительность их сравнительно невелика: они позволяют регистрировать амплитуды колебаний от 0,05 до 6 мм при частотах от 5 до 100 Гц.
Приборы, в которых механические колебания преобразуются в электрические, позволяют записывать колебательный процесс на осциллограф или самопишущие приборы без искажений; при этом могут быть выделены отдельные составляющие вибрации. Преимуществом такого метода измерения вибрации является возможность удаления вибродатчика от измерительной аппаратуры на любое расстояние. Используя несколько датчиков, можно измерять вибрацию одновременно в нескольких точках. Наибольшее распространение получили индукционные (магнитоэлектрические), электромагнитные и пьезоэлектрические датчики.
К отечественной виброизмерительной аппаратуре, позволяющей анализировать вибрацию, относятся измерители шума и вибрации ВШВ-003-М2, шумовиброинтегратор логарифмирующий ШВИЛ-01, шумомер-виброметр ШВД-01, позволяющие проводить измерения общей и локальной вибрации в диапазоне 20-170 дБ, виброметр общей и локальной вибрации «Октава 101В», предназначенный для измерения среднеквадратичных, эквивалентных и пиковых уровней виброускорения. Средства измерения вибрации серии «Октава» наиболее соответствуют требованиям ГОСТ ИСО 8041-2006. Из зарубежных приборов следует отметить аппаратуру фирм Robotron (Германия), «Брюль и Къер» (Дания).
Для измерений параметров вибрации предназначен комплект фирмы Robotron , состоящий из виброметра и узкополосного фильтра, плавная развертка частоты которого обеспечивается внутренним или внешним (от виброметра) управляющим сигналом. Оба прибора комплектуются в измерительный чемодан. Указанный фильтр прибора имеет встроенные корректирующие схемы, позволяющие оценивать как локальную вибрацию, так и действующую в любом направлении на тело человека в целом. Однако применение данного комплекта при оценке вибрации с непостоянной амплитудой требует такой же квалификации оператора, как и измерение непостоянного шума.
Более удобным для целей нормирования является виброметр М 1300, специально предназначенный для гигиенической оценки вибрации, действующей на человека. Рабочий частотный диапазон прибора простирается от 0,5 Гц до 4 кГц, внутри которого результаты измерений могут автоматически корректироваться встроенными фильтрами, учитывающими направление и место приложения вибрации к человеку. Важным преимуществом прибора является автоматический расчет дозы вибрации, значение которой отображается на жидкокристаллическом дисплее. Это не требует от оператора снятия промежуточных результатов по стрелочному прибору, что существенно повышает качество оценки вибрации. Питание осуществляется от элементов типа «Крона». Масса прибора в переносной сумке с элементами питания не превышает 2 кг. Так как виброметр является одноканальным вариантом, то для измерений одновременно в трех направлениях действия вибрации необходимо иметь три комплекта, которые удобно размещаются в одном чемодане.
Из аппаратуры фирмы «Брюль и Къер» (Дания) следует отметить модульный шумомер типа 2231 класса 1, имеющий возможность измерения как параметров шума, так и вибрации за счет применения различных сменных модулей.
3. Нормирование и средства оценки вибраций.
Нормирование. Цель нормирования вибраций - предотвращение функциональных расстройств и заболеваний, чрезмерного утомления и снижения работоспособности. В основе гигиенического нормирования лежат медицинские показания. Нормированием устанавливают допустимую суточную или недельную дозы, предупреждающие в условиях трудовой деятельности функциональные расстройства или заболевания работающих.
Для нормирования воздействия вибрации установлены четыре критерия: обеспечение комфорта, сохранение работоспособности, сохранение здоровья и обеспечение безопасности. В последнем случае используются предельно допустимые уровни для рабочих мест.
Применительно к вибрациям существует техническое (распространяется на источник вибрации) и гигиеническое нормирование (определяет ПДУ вибрации на рабочих местах). Последнее ограничивает уровни вибрационной скорости и ускорения в октавных или третьоктавных полосах среднегеометрических частот.
При гигиенической оценке вибраций нормируемыми параметрами являются средние квадратичные значения виброскорости (и их логарифмические уровни) или виброускорения как в пределах отдельных октав, так и третьеоктавных полос. Для локальной вибрации нормы вводят ограничения только в пределах октавных полос. Например, когда устанавливают регулярные перерывы в течение рабочей смены при локальной вибрации, допустимые значения уровня виброскорости увеличивают.
При интегральной оценке по частоте нормируемым параметром является корректированное значение контролируемого параметра вибрации, измеряемое при помощи специальных фильтров. Локальную вибрацию оценивают, используя среднее за время воздействия корректированное значение.
Вибрацию, воздействующую на человека, нормируют для каждого установленного направления. Гигиенические нормы вибрации при частотном (спектральном) анализе установлены для длительности воздействия 480 мин. Гигиенические нормы в логарифмических уровнях среднеквадратических значений виброскорости для общей локальной вибрации в зависимости от категории (1,2, За, б, в, г) приведены в ГОСТ 12.1.012-78; там же указаны нормы при интегральной оценке по частоте нормируемого параметра. Эти значения положены в основу норм СН 245-71 и требований в рамках ССБТ.
Вибрацию классифицируют по следующим признакам: по способу воздействия на человека - общая и локальная; по источнику возникновения - транспортная (при движении машин), транспортно-технологическая (при совмещении движения с технологическим процессом, например при косьбе или обмолоте самоходным комбайном, рытье траншей экскаватором и т. п.) и технологическая (при работе стационарных машин, например насосных агрегатов);
по частоте колебаний - низкочастотная (менее 22,6 Гц), среднечастотная (22,6...90 Гц) и высокочастотная (более 90 Гц); характеру спектра - узко- и широкополосная; времени действия - постоянная и непостоянная; последнюю, в свою очередь, делят на колеблющуюся во времени, прерывистую и импульсную.
Нормы вибрации установлены для трех взаимно перпендикулярных направлений вдоль осей ортогональной системы координат. При измерении и оценке общей вибрации необходимо помнить, что ось X расположена в направлении от спины к груди человека, ось Y- от правого плеча к левому, ось Z- вертикально вдоль туловища. При измерении локальной вибрации следует учитывать, что ось Z нaпpaвлeнa вдоль ручного инструмента, а оси Х Y- перпендикулярно к ней.
Стандартом установлены нормы отдельно для транспортной вибрации (категория 1), транспортно-технологической (категория 2) и технологической (категория 3); причем нормы для третьей категории подразделены на подкатегории: За - для вибрации, действующей на постоянных рабочих местах производственных помещений; 3б - на рабочих местах складов, бытовых, дежурных и подсобных помещений, в которых отсутствуют генерирующие вибрацию машины; Зв -в помещениях для работников умственного труда.
Средства оценки. Вибрации измеряют виброметрами типов НВА-1 и ИШВ-1. Аппаратура НВА-1 в комплекте с пьезометрическими датчиками Д-19, Д-22, Д-26 позволяет определять низкочастотную виброскорость и виброускорения. Виброизмерительный комплекс представляет собой измерительный преобразователь (датчик), усилитель, полосовые фильтры и регистрирующий прибор. Контролируемые параметры - действующие значения виброскорости, ускорения или их уровней (дБ) в октавных полосах частот. Параметры вибрации определяют в том направлении, где колебательная скорость наибольшая.
4. Методы и средства защиты от вибрации.
Для защиты от вибрации применяют следующие методы: снижение виброактивности машин; отстройка от резонансных частот; вибродем- пфирование; виброизоляция; виброгашение, а также индивидуальные средства защиты.
Снижение виброактивности машин (уменьшение Fm) достигается изменением технологического процесса, применением машин с такими кинематическими схемами, при которых динамические процессы, вызываемые ударами, ускорениями и т. п. были бы исключены или предельно снижены, например, заменой клепки сваркой; хорошей динамической и статической балансировкой механизмов, смазкой и чистотой обработки взаимодействующих поверхностей; применением кинематических зацеплений пониженной виброактивности, например, шевронных и косозубых зубчатых колес вместо прямозубых; заменой подшипников качения на подшипники скольжения; применением конструкционных материалов с повышенным внутренним трением.
Отстройка от резонансных частот заключается в изменении режимов работы машины и соответственно частоты возмущающей вибросилы; собственной частоты колебаний машины путем изменения жесткости системы с например установкой ребер жесткости или изменения массы системы (например путем закрепления на машине дополнительных масс).
Вибродемпфирование - это метод снижения вибрации путем усиления в конструкции процессов трения, рассеивающих колебательную энергию в результате необратимого преобразования ее в теплоту при деформациях, возникающих в материалах, из которых изготовлена конструкция. Вибродемпфирование осуществляется нанесением на вибрирующие поверхности слоя упруговязких материалов, обладающих большими потерями на внутреннее трение,- мягких покрытий (резина, пенопласт ПХВ-9, мастика ВД17-59, мастика «Анти-вибрит») и жестких (листовые пластмассы, стеклоизол, гидроизол, листы алюминия); применением поверхностного трения (например, прилегающих друг к другу пластин, как у рессор); установкой специальных демпферов.
Виброгашение (увеличение массы системы) осуществляют путем установки агрегатов на массивный фундамент. Виброгашение наиболее эффективно при средних и высоких частотах вибрации. Этот способ нашел широкое применение при установке тяжелого оборудования (молотов, прессов, вентиляторов, насосов и т. п.).
Повышение жесткости системы, например путем установки ребер жесткости. Этот способ эффективен только при низких частотах вибрации.
Виброизоляция заключается в уменьшении передачи колебаний от источника к защищаемому объекту при помощи устройств, помещаемых между ними. Для виброизоляции чаще всего применяют виброизолирующие опоры типа упругих прокладок, пружин или их сочетания. Эффективность виброизоляторов оценивают коэффициентом передачи КП, равным отношению амплитуды виброперемещения, виброскорости, виброускорения защищаемого объекта, или действующей на него силы к соответствующему параметру источника вибрации. Виброизоляция только в том случае снижает вибрацию, когда КП < 1. Чем меньше КП, тем эффективнее виброизоляция.
Профилактические меры по защите от вибраций заключаются в уменьшении их в источнике образования и на пути распространения, а также в применении индивидуальных средств защиты, проведении санитарных и организационных мероприятий.
Уменьшения вибрации в источнике возникновения достигают изменением технологического процесса с изготовлением деталей из капрона, резины, текстолита, своевременным проведением профилактических мероприятий и смазочных операций; центрированием и балансировкой деталей; уменьшением зазоров в сочленениях. Передачу колебаний на основание агрегата или конструкцию здания ослабляют посредством экранирования, что является одновременно средством борьбы и с шумом.
В качестве вибропоглощающих покрытий обычно используют мастики № 579, 580, типа БД-17 и простейшие конструкции (слои рубероида, проклеенные битумом или синтетическим клеем).
Если методы коллективной защиты не дают результата или их нерационально применять, то используют средства индивидуальной защиты. В качестве средств защиты от вибрации при работе с механизированным инструментом применяют антивибрационные рукавицы и специальную обувь. Антивибрационные полусапоги имеют многослойную резиновую подошву.
Длительность работы с вибрирующим инструментом не должна превышать 2/3 рабочей смены. Операции распределяют между работниками так, чтобы продолжительность непрерывного действия вибрации, включая микропаузы, не превышала 15...20 мин. Рекомендуется делать перерывы на 20 мин через 1...2ч после начала смены и на 30 мин через 2 ч после обеда.
Во время перерывов следует выполнять специальный комплекс гимнастических упражнений и гидропроцедуры - ванночки при температуре воды 38 °С, а также самомассаж конечностей.
Если вибрация машины превышает допустимое значение, то время контакта работающего с этой машиной ограничивают.
Для повышения защитных свойств организма, работоспособности и трудовой активности следует использовать специальные комплексы производственной гимнастики, витаминную профилактику (два раза в год комплекс витаминов С, В, никотиновую кислоту), спецпитание.
Заключение.
От неудовлетворительного состояния дел с безопасностью жизнедеятельности страна ежегодно несет большие человеческие, финансово-экономические, материальные и моральные потери. Обеспечение безопасности производства и охраны труда работников – одна из самых главных проблем национальной безопасности страны. На данный момент в нашей стране на многих предприятиях не соблюдается техника безопасности, а условия труда благоприятными не назовешь
Список литературы:
1. «Охрана труда от «А» до «Я»» С.А. Андреев, О.С. Ефремова, М. 2006 г.
2. «БЖД» Б.И. Зотов, В.И. Курдюмов, М. КолосС 2004 г.
Санитарные нормы параметров вибрации приведены в ГОСТ 12.1.012-90 "Вибрационная безопасность" и СН 2.2.4/2.1.8.566-96 "Про-изводственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий".
Нормируемыми параметрами вибрации являются спектральные и корректированные по частоте средние квадратические значения виброускорения , виброскорости и их логарифмические уровни , (табл. П.3-П.8).
При нормировании параметров вибрации учитываются следующие факторы.
1. Вид вибрации (общая, локальная, вертикальная, горизонтальная).
3. Временная характеристика вибрации (постоянная, непостоянная). При непостоянной вибрации нормой вибрационной нагрузки на оператора являются одночисловые эквивалентные корректированные значения контролируемых параметров.
4. Нормируемый диапазон частот:
· для локальной вибрации в виде октавных полос со среднегеометрическими частотами 8, 16, 31.5, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц;
· для общей вибрации – октавных полос со среднегеометрическими частотами 1, 2, 4, 8, 16, 31.5, 63 Гц;
· для общей вибрации – 1/3 октавных полос со среднегеометрическими частотами от 0.8 до 80 Гц.
5. Длительность действия вибрации. При длительности действия вибрации менее 8 ч. (480 мин.) допустимые значения виброускорения и виброскорости определяются по формулам:
, (7)
, (8)
где , – допустимые значения виброускорения и виброскорости при длительности действия в течение 8 ч. (по ГОСТ 12.1.012-90, СН 2.2.4/2.1.8.566-96);
Т – фактическое время воздействия вибрации, мин.
Допустимые значения уровней виброскорости и виброускорения с учетом длительности действия определяются по формулам (5-6) или по табл. П.9, П.10 и формулам (9-10):
, (9)
, (10)
где , – допустимые значения уровней виброускорения, виброскорости при длительности воздействия в течение 8 часов по ГОСТ 12.1.012-90, СН 2.2.4/2.1.8.566-96.
Причины возникновения вибрации
1. Неуравновешенные силовые воздействия, источниками которых могут быть детали и узлы оборудования, имеющие возвратно-поступательное движение (кривошипно-шатунные механизмы, вибротрамбовки, лесопильные рамы, фанерострогальные станки и т.п.).
2. Неуравновешенные вращающиеся массы (ручной электрический и пневматический инструмент, режущий инструмент станков, электродвигатели, вентиляторы и т.п.).
3. Соударение деталей узлов в процессе работы оборудования (зубчатые соединения, подшипниковые узлы и т.п.).
4. Взаимодействие рабочих органов оборудования с обрабатываемым материалом (режущие инструменты металло- и деревообрабатывающих станков, грейферы грузоподъемных кранов, лесозаготовительных машин, ковши, отвалы, ножи строительно-дорожных машин и т.п.).
5. Кинематическое возбуждение вибрации при движении машин и механизмов по неровной опорной поверхности (автомобили, электро- и автопогрузчики, трактора, лесозаготовительные машины, тягачи, строительно-дорожные машины, наземный транспорт и т.п.).
6. Гидроаэродинамические воздействия, возникающие при работе оборудования (гидроприводы, пневмоприводы, вентиляторы и т.п.).
7. Износ оборудования, некачественные сборка узлов, монтаж оборудования.
Методы обеспечения вибробезопасности
ГОСТ 12.1.012-90 "Вибрационная безопасность" предусматривает технические и организационные методы защиты от вибрации. Наиболее эффективны технические методы, которые в свою очередь подразделяются на методы, уменьшающие параметры вибрации в источнике ее возбуждения, и методы защиты от вибрации на путях ее распространения.
К основным методам, уменьшающим параметры вибрации в источнике ее возбуждения, относятся следующие.
1. При проектировании:
· изменение конструктивных элементов источника возбуждения, обеспечивающее их безударное взаимодействие (замена прямозубых шестерен на косозубые, шевронные; замена кулачковых и кривошипных механизмов равномерновращающимися, механизмами с гидроприводами; применение на станках ножевых валов с винтообразной режущей кромкой и т.п.);
· изменение характера возбуждающих воздействий;
· выбор режима работы оборудования (например, изменение частоты колебаний);
· замена возвратно-поступательных движений вращательными;
· замена подшипников качения на подшипники скольжения;
· отстройка от режима резонанса изменением массы и жесткости оборудования или установлением нового рабочего режима.
2. При изготовлении деталей:
· использование материалов в соответствии с Техническими условиями;
· повышение класса точности обработки, соблюдение допусков;
· термическая обработка в соответствии с установленными режимами.
3. При сборке узлов, оборудования:
· качественная центровка приводного и приводимого механизмов;
· качественная балансировка вращающихся масс;
· обеспечение необходимой жесткости соединения.
4. При монтаже стационарного оборудования:
· обеспечение соответствия массы и конструкции фундамента величине усилий, возникающих при работе оборудования;
· установка оборудования на виброизолирующее основание;
· качественное крепление оборудования к фундаменту.
5. При эксплуатации оборудования – своевременное и качественное техобслуживание:
· смазка сопряженных деталей;
· замена изношенных деталей;
· обеспечение необходимой жесткости соединений.
К основным методам защиты от вибрации на путях ее распространения относятся следующие:
1. Виброизоляция. Этот способ защиты заключается в уменьшении передачи колебаний от источника возбуждения оборудования защищаемому объекту (основанию, рабочему месту, строительной конструкции) при помощи устройств, помещаемых между ними (виброизоляторов, пружин, упругих прокладок). Эффективность виброизоляции определяется коэффициентом передачи КП, который рассчитывается по формуле:
, (11)
где , , – амплитуда виброперемещения, виброскорость, виброускорение на рабочем месте;
, , – амплитуда виброперемещения, виброскорость, виброускорение на рабочем месте при использовании виброзащитного модуля.
Эффективность виброизоляции в децибелах определяют по формуле:
. (12)
Эффективность виброизоляции в процентах определяют по формуле:
%, (13)
где – среднее квадратическое значение виброскорости до применения виброзащиты, м/с; – среднее квадратическое значение виброскорости после применения виброзащиты, м/с.
2. Динамическое виброгашение. Динамическое гашение вибрации осуществляют путем установки оборудования на фундамент с определенной массой или применением динамических виброгасителей. Динамические виброгасители представляют собой дополнительную колебательную систему, собственная частота которой настроена на основную частоту колебаний оборудования, вибрация которого снижается. Подбором массы и жесткости виброгасителя обеспечивается выполнение условия . Виброгаситель жестко крепится на вибрирующем оборудовании, поэтому в нем в каждый момент времени возбуждаются колебания, находящиеся в противофазе с колебаниями оборудования.
3. Вибродемпфирование (вибропоглощение). Это процесс уменьшения уровня вибрации защищаемого объекта путем превращения энергии механических колебаний данной колеблющейся системы в тепловую энергию.
Уменьшение параметров вибрации может осуществляться:
· использованием в качестве конструкционных материалов с большим внутренним трением (сплавы на основе меди, никеля, кобальта, марганца с содержанием меди, магниевые сплавы, твердые пластмассы, прессованная древесина, твердая резина);
· нанесением на вибрирующие поверхности упруго вязких материалов, обладающих большими потерями на внутреннее трение (жесткие, мягкие, комбинированные вибродемпфирующие покрытия);
· применением поверхностного трения (например, при колебаниях изгиба двух скрепленных и плотно прилегающих друг к другу пластин).
При кинематическом возбуждении вибрации применяются следующие методы по ее снижению:
· изменение конструкции элементов оборудования;
· уменьшение неровностей пути перемещения самоходных и транспортных машин;
· повышение амортизирующей способности опорных элементов самоходных и транспортных машин.
Эффективными способами защиты работающих от действия вибрации являются дистанционное управление, автоматизация производственных процессов.
Если техническими методами невозможно снизить уровень вибрации до гигиенических норм, рекомендуется использование средств индивидуальной защиты: виброзащитных рукавиц, перчаток, виброзащитной обуви.
К организационным методам защиты от вибрации относятся следующие:
· Нормирование параметров вибрации.
· Контроль за уровнем вибрации на рабочих местах.
· Организация рационального режима труда и отдыха.
· Исключение контакта работающих с вибрирующими элементами.
· Выбор оборудования с наименьшими параметрами вибрации.
· Своевременное техобслуживание оборудования.
· Профилактическое лечение.
· Обеспечение санитарно-бытовыми помещениями и устройствами (ручными, ножными ваннами и т.п.).
ПРАКТИЧЕСКАЯ часть
Работа состоит из экспериментальной и расчетной частей. В экспериментальной части нужно сделать оценку условий труда по вибрации, выполнив измерения фактических параметров вибрации и сравнив их с допустимыми. В расчетной части должны быть решены задачи. Исходные данные для расчетов представлены в табл. П.11.
Описание экспериментальной установки
Экспериментальная установка представлена на рис. 3.
Рис. 3. Схема экспериментальной установки для измерения параметров вибрации
Установка включает в свой состав: вибростенд 1, генератор электрических сигналов 2, измеритель шума и вибрации 3, объект виброизоля-
ции 4 (имитирующий рабочее место) с вибродатчиком, виброзащитный модуль 5.
Источником вибрации является вибростенд, имитирующий производственное оборудование, приборы, инструменты, генерирующие вибрацию. Вибростенд имеет электромагнитную систему возбуждения вибрации. Электрический сигнал подается на катушку возбуждения генератором сигналов 2 (рис. 4). Генератор позволяет формировать электрический сигнал большой мощности в широком диапазоне частот. Катушка возбуждения обеспечивает перемещение стола вибростенда с определенными частотой и амплитудой, что позволяет регулировать параметры создаваемой вибрации.
Внешний вид генератора сигналов представлен на рисунке 4.
Объект виброизоляции (рабочее место) представляет собой устройство, которое обеспечивает установку пластинки с вибродатчиком с целью измерения параметров вибрации. Массу объекта виброизоляции можно изменять за счет установки на нем дополнительных металлических пластин, входящих в его состав.
Виброзащитный модуль, назначением которого является уменьшение параметров вибрации, передающейся на рабочее место, представляет собой устройство, состоящее из двух параллельных пластин, между которыми установлены виброизоляторы или виброизолирующая прокладка. В качестве виброизоляторов применяются витые пружины с различным диаметром проволоки или плоские пружины, расположенные между пластинами, имеющими различную массу. В качестве виброизолирующей прокладки используется пенополиуретан.
Гигиеническая оценка постоянной и непостоянной вибрации может производиться тремя методами:
частотным (спектральным) анализом нормируемого параметра;
интегральной оценкой по частоте нормируемого параметра;
интегральной оценкой с учетом времени вибрационного воздействия по эквивалентному (по энергии) уровню нормируемого параметра.
При частотном (спектральном) анализе нормируемыми параметрами вибрации являются измеряемые в октавных или третьоктавных полосах частот среднеквадратические значения виброскорости и виброускорения (или их логарифмические уровни (L V , L a )).
При интегральной оценке по частоте нормируемыми параметрами вибрации являются скорректированные значения виброскорости или виброускорения U (а также их логарифмические уровни L U ), которые оцениваются по формулам:
, (12.6)
где U i , L Ui среднеквадратические значения виброскорости или виброускорения или их логарифмические уровни в i - й частотной полосе;
п число октавных полос в нормируемом частотном диапазоне;
K i , L Ki весовые коэффициенты для i -й частотной полосы соответственно для абсолютных значений или их логарифмических уровней. Значения весовых коэффициентов приведены в СН 2.2.4/2.1.8.566-96.
Интегральная оценка вибрации с учетом времени ее воздействия выполняется по последующим формулам:
,
, (12.7)
где U i значения контролируемых параметров виброскорости (V, L V ),м/с, или виброускорения (a , L a ), м/с 2 , действующих в течение времени t i ;
t i время действия вибрации в i -ом интервале, ч;
п общее число интервалов действия вибрации;
общее время действия
вибрации, ч.
В СН 2.2.4/2.1.8.566-96 установлены предельно допустимые величины нормируемых параметров локальной и общей вибрации (табл.12.1).
12.5. Системы защиты от вибрации
В тех случаях, когда фактические значения гигиенических характеристик вибрации превышают допустимые значения, применяются системы защиты от вибрации.
Z = Z φ + Z ρ + Z τ + Z сиз.
Методы и средства защиты от вибрации по мощности Z φ : вибродемпфирование, виброгашение, виброизоляция.
Вибродемпфирование это процесс уменьшения уровня вибраций путем превращения энергии механических колебаний системы в другие виды энергии. Увеличение потерь энергии в системе может быть достигнуто использованием конструктивных материалов с большим внутренним трением, нанесением слоя упруговязких материалов, обладающих большими потерями на внутреннее трение, использованием поверхностного трения или переводом механической колебательной энергии в энергию токов Фуко или электромагнитного поля.
В качестве демпфирующих материалов используют пластмассу, дерево, резину. С целью снижения вибрации начат выпуск ручного механизированного инструмента в корпусах из полимерных материалов. На многих видах оборудования внедряется постановка в подшипниковые узлы вибродемпфирующих втулок, что значительно снижает уровень вибраций. Использование пластмасс позволяет снизить уровень вибрации по виброскорости на 810 дБ. В том случае, когда применение полимерных покрытий в качестве конструктивных не представляется возможным, для снижения вибраций используют вибродемпфирующие покрытия, переводящих колебательную энергию покрытия в тепловую.
Таблица 12.1
Предельно допустимые значения нормируемого параметра по виброскорости (числитель, м/с10 –2)
и логарифмическому уровню виброскорости (знаменатель, дБ)
|
вибрации |
Координатные |
Среднегеометрические частоты полос, Гц |
||||||||||
|
Локальная |
3, 5 | |||||||||||
Действие жестких покрытий проявляется главным образом на низких и средних частотах, мягких на высоких. В качестве жестких покрытий используются твердые пластмассы, битуминизированный войлок, а также различные полимерные смеси. В качестве мягких мягкие пластмассы, материалы типа резины, пенопласты, поливинилхлоридные пластики. Хорошо демпфируют колебания смазочные материалы.
Под виброгашением понимают уменьшение уровня вибрации защищаемого объекта путем введения в систему дополнительных сопротивлений упругого или инерционного типа. Чаще всего виброгашение реализуется путем установки агрегатов на самостоятельные фундаменты. Иногда для небольших объектов между основанием и агрегатом устанавливают массивную опорную плиту. Используют также установку виброгасителей как дополнительную колебательную систему.
Виброгаситель жестко крепится на вибрирующем агрегате, поэтому в нем в каждый момент времени возбуждаются колебания, находящиеся в противофазе с колебаниями агрегата. Недостаток динамического виброгасителя он действует только на своей резонансной частоте.
Виброгашение путем увеличения жесткости системы достигают изменением конструкции и, в частности, введением ребер жесткости, что способствует снижению амплитуды смещения отдельных точек и снижению уровня вибрации.
Виброизоляция это уменьшение уровня вибрации защищаемого объекта путем уменьшения передачи колебаний этому объекту от источника колебаний.
Виброизоляция осуществляется посредством введения в колебательную систему дополнительной упругой связи, препятствующей передаче вибраций от источника колебаний к элементам конструкции или человеку. Виброизоляция достигается путем установки агрегатов на специальные упругие устройства (опоры), обладающие малой жесткостью.
Эффективность виброизоляции оценивается коэффициентом передачи, который имеет физический смысл отношения силы, действующей на основание при наличии упругой связи, к силе, действующей при жесткой связи. Чем это отношение меньше, тем лучше виброизоляция.
Коэффициент передачи (КП) может быть рассчитан по формуле:
, (12.8)
где f частота возмущающей силы;
f 0 – собственная частота системы на виброизоляторах.
Оптимальное соотношение между f и f 0 равно 34.
Для виброизоляции машин с вертикальной возмущающей силой применяют виброизолирующие опоры трех типов: резиновые, пружинные и комбинированные.
Пружинные в отличие от резиновых могут применяться для изоляции как низких, так и высоких частот. Они дольше сохраняют постоянство упругих свойств во времени, хорошо противостоят действию масел и высокой температуры, относительно малогабаритны Резина используется для виброизоляции машин малой и средней массы (электродвигателей и т.п.). В виброизоляторах резина работает на сдвиг и (или) сжатие.
Методы и средства защиты от вибрации по расстоянию Z ρ .
Для защиты от вибрации лучше всего использовать системы дистанционного управления, автоматического контроля и сигнализации. Иногда снижение вибрации достигается оптимальным размещением технологического оборудования, машин и механизмов, рабочих мест.
Методы и средства защиты от вибрации по времени Z τ .
К средствам коллективной защиты временем относятся: регламентация рабочего времени, а также режима труда и отдыха работников.
Средства индивидуальной защиты Z сиз рук, ног и тела оператора от вибрации используются на производстве в случае необходимости. В качестве средств индивидуальной защиты (СИЗ) рук от вибрации применяются антивибрационные рукавицы. Основными требованиями, сформулированными в нормативной документации, являются: эффективность, которая регламентируется в частотном диапазоне 82000 Гц при фиксированной силе нажатия 50200 Н; максимальная толщина упругодемпфирующего материала 510мм. В зависимости от области применения средства защиты ног подразделяются на обувь, подметки и наколенники. В них используются специальные вибродемпфирующие материалы, которые ослабляют вибрацию в диапазоне частот 1190 Гц. Для защиты тела оператора используются нагрудники, пояса и специальные костюмы. Все виды защиты снижают вибрацию максимум на 10 дБ.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Дайте определения следующим понятиям в чем их отличие: виброскорость, виброускорение, амплитуда виброскорости (виброускорения), уровень виброскорости (виброускорения).
В чем заключается специфическое действие вибрации на организм человека.
Какие параметры вибрации учитываются при нормировании вибрации.
В чем заключается вибродемфирирование, виброгашение и виброизоляция, чем они отличаются.
Каков максимальный уровень снижения вибрации возможен за счет использования индивидуальных средств защиты.
Различают техническое и гигиеническое нормирование вибрации.
Техническое нормирование вибрации устанавливает допустимые значения вибрационных характеристик для отдельных типов и групп машин и адресуется их создателям - конструкторам. Вибрационные характеристики служат критериями качества, надежности и безопасности самих машин.
Основу гигиенического нормирования вибрации составляют критерии здоровья человека при воздействии на него вибрации с учетом напряженности и тяжести труда. Вибрацию разграничивают на опасную и безопасную, научно обоснованные значения параметров которой составляют гигиенические нормы вибрации.
Основная цель нормирования вибрации на рабочихместах- это установление допустимых значений характеристик вибрации, которые при ежедневном систематическом воздействии в течение всего рабочего дня и в течение многих лет не могут вызвать существенных заболеваний организма человека и не мешают его нормальной трудовой деятельности.
Применение гигиенических норм дает возможность объективно оценивать условия труда на каждом рабочем месте, определять степень виброопасности, производить выбор методов и средств виброзащиты.
Основными документами, регламентирующими уровень вибрации на рабочих местах, являются ГОСТ 12.1.012-2004 “ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования” и СН 2.2.4/2.1.8.566-96 “Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий”.
Нормативные документы устанавливают три метода нормирования вибрации, воздействующей на человека в производственных условиях:
Нормируемыми параметрами по первому методу являются: среднеквадратические значения виброскорости и виброускорения, логарифмические уровни виброскорости и виброускорения. Нормы установлены для локальной вибрации в октавных полосах частот, а для общей вибрации - в октавных и третьоктавных полосах частот.
По второму методу нормируемыми параметрами являются корректированные значения контролируемого параметра (виброскорость, виброускорение), их уровни, измеряемые с помощью специальных фильтров или вычисляемые по результатам спектральных измерений.
При оценке вибрации с помощью дозы нормируемым параметром является эквивалентное корректированное значение виброскорости и виброускорения
Защита человека:
Снижение виброактивности машин (уменьшение силы Fm) достигается изменением технологического процесса, применением машин с такими кинематическими схемами, при которых динамические процессы, вызываемые ударами, резкими ускорениями и>т.п. были бы исключены или предельно снижены,
Отстройка от резонансных частот заключается в изменении режимов работы машины и соответственно частоты возмущающей вибросилы; собственной частоты колебаний машины п>тем изменения жесткости системы с (например, установкой ребер жесткости) или изменения массы т системы (например, путем закрепления на машине дополнительных масс).
Вибродемпфирование (увеличение м) - это метод снижения вибрации путем усиления в конструкции.процессов внутреннего трения, рассеивающих колебательную энергию в результате необратимого преобразования ее в теплоту при деформациях возникающих в материалах, из которых изготовлена конструкция. Примером таки демпферов могут являться амортизаторы автомобилей, которые подавляют раскачку машины.
Виброгашение (увеличение т) осуществляют путем установки агрегатов на массивный фундамент. Этот способ нашел широкое применение при установке тяжелого оборудования (молотов, прессов, вентиляторов, насосов и т.п.).
Виброзащитные сидения, если оператор выполняет работу сидя. Виброзащитные кабины используют в тех случаях, когда на человека-оператора воздействует не только вибрация, но другие негативные факторы: шум, излучения, химические вещества и т.д.
Виброзащитные рукоятки предназначаются для защиты от локальной вибрации рук оператора.
В качестве средств индивидуальной защиты от вибрации используются: для рук - виброизолирующие рукавицы, перчатки, вкладыши и прокладки; для ног-виброизолирующая обувь, стельки, подметки.