Вибрация и ее воздействие на человека. Методы снижения вибрации

* - Вибрационные  импульсы 1-30 имеют место при применении немеханизированного инструмента, 31-1000 - на механизированном инструменте.

** - Значение отвечает  максимально возможному количеству  импульсов за восьмичасовую смену при частоте 5,6 Гц. В скобках допустимое количество импульсов за 1 час.

     При продолжительности смены 7 часов предельно допустимые скорректированные эквивалентные уровни локальной вибраций равны значениям для 8-часовой продолжительности смены. При 6-ти часовой продолжительности эти показатели равны для виброскорости 113 дБ ( м/с), а виброускорение -78дБ (2,3 м/с2).

     Работа в условиях действий локальной вибрации, которая превышает предельно допустимую норму более чем на 1 дБ, запрещена.

     Если время воздействия меньше 480 минут и отсутствуют перерывы через каждый час работы, то для каждой октавной полосы значение нормируемого параметра определяется по зависимости:

     

где t -время фактического воздействия вибраций (мин.);

U480 -допустимое воздействие вибрации за время воздействия480мин.

 

3.Средства и методы защиты от вибрации.

     Средства защиты от вибраций подразделяются: коллективные и индивидуальные. Основные мероприятия по защите от вибраций условно можно свести к таким группам: технические, организационные и лечебно-профилактические.

     К техническим мероприятиям относятся: устранение вибраций в источнике и на пути их распространения. Устранение или уменьшение вибрации в источнике решается, начиная со стадии проектирования и изготовления машин. Закладываются в их конструкцию решения, обеспечивающие вибробезопасные условия труда: замену ударных процессов на безударные, применение деталей из пластмассы, ременных передач вместо цепных, шестерен с глобоидальным и шевронным зацеплением вместо прямозубых, выбор оптимальных рабочих режимов, тщательная балансировка вращающихся деталей, повышение класса точности их изготовления и чистоты обработки поверхности и другое.

     При эксплуатации техники уменьшенные вибрации достигается современной подтяжкой креплений, устранением люфтов, зазоров, качественной смазкой трущихся поверхностей, правильной регулировкой рабочих органов.

     В конструкциях, по которым происходит распространение колебаний, делаются разрывы, заполняемые вибро- и звукоизоляционными материалами; замена вибрирующего оборудования или процесса на безвибрационный.

     Для снижения вибраций на пути распространения применяют: виброизоляцию, виброгашение, вибродемпфирование.

     Виброизоляция: В инженерной практике одной из действенных мер по уменьшению вибраций на пути её распространения от источника вибраций является виброизоляция. Виброизоляция бывает пассивной и активной.

     Виброизоляция называется активной, если для ее уменьшения используется дополнительный источник энергии. Пассивная виброизоляция применяется, если требуется защитить рабочее место от колебаний вибрирующих машин или защитить остальные машины от колебаний неуравновешенных деталей (ССБТ ГОСТ 12.4.046-78 «Методы и средства вибрационной защиты. Классификация»).

     Виброизоляция ослабляет передачу колебаний от источника на основание, пол, рабочее место и.т.д. за счет устранения между ними жестких связей и установки упругих элементов (виброизоляторов).

 

 

 

Рис.3 Схема виброизоляции динамической не уравновешенной машины

    

В качестве виброизоляторов применяют: стальные пружины или рессоры, прокладки из резины, войлока, а также резинометаллические, пружинно-пластмасовые и пневморезиновые конструкции, использующие упругие свойства материалов и воздуха и т.д. (рис.2) 

     Принцип пассивной виброизоляции хорошо видно на примере виброизоляции неуравновешенной машине массой М с эксцентриком массой m на расстоянии R от оси вращения (рис.2.).

     При вращении вала машины с угловой скоростью ω возникает центробежная сила Fmax=m ω 2 R, изменение которой во времени (t) носит гармонический характер:

                  

                                                       

Рис.4 Пассивная виброизоляция машины (а) и рабочего места (б)

     Для виброизоляции машины установлены пружинные виброизоляторы. Под действием силы пружины деформируются, и в пружинах возникает сила упругости:

,               

где К-жесткость амортизаторов;

Х-деформация пружины под действием динамической силы

     Эффективность виброизоляции будет тем выше, чем меньшая динамическая сила передается на основание, т.е. чем меньше (сила возмущения F уравновешивается силой инерции от массы М).

     Эффективность пассивной виброизоляции оценивается коэффициентом передачи μ, который, показывает какую долю динамической силы, возбуждаемой машиной, передают амортизаторы на основание:

   

Если пренебречь затуханием колебаний виброизоляторов, то коэффицент передачи вибраций:

 

 

 

Рис.5 Зависимость коэффициента передачи m от f/f0:

1 – используются стальные пружинные виброизоляторы(D®0);

2 –используются резиновые виброизоляторы (D=0,2).

 

       

где f - частота вынужденных колебаний,Гц;

f0 - частота собственных колебаний, Гц.

 

     Следовательно, для достижения малого значения коэффициента передачи необходимо, чтобы частота собственных колебаний была значительно меньше частоты вынужденных колебаний. При f=f0 наступает резонанс - резкое увеличение интенсивности колебаний виброизоляционной машины (при частоте собственных колебаний близкой к частоте вынужденных колебаний применение виброизоляторов бесполезно), при f/ f0 >2 резонансные колебания исключаются, а при f/f0=3-4 достигается эффективность работы виброизоляторов.

     Пружинные виброизоляторы широко применяют в машинах и механизмах. Они обладают высокой виброизолирующей способностью и долговечностью (μ=1/90…1/60). Однако из-за небольшого внутреннего трения стальные пружинные виброизоляторы плохо рассеивают энергию колебаний, поэтому затухание колебаний происходит не мгновенно, а за 15-20 периодов, что не всегда целесообразно при использовании машин, работающих в кратковременном режиме (краны, экскаваторы и.т.д).

 

Рис.6.Виброизоляторы:

а – резинометаллический типа АКСС с допускаемой нагрузкой до 4000 Н;

б – пружинно-резиновый типа АД с пневмодемпфированием;

в – Тима АЦП;

 г – пневмоамортизаторы;

д – виброизоляторы типа АПН сильнодемпфированные      пластмассовые ;

 е – виброизоляторы типа ДК.

 

                                

     Пружинные амортизаторы в основном используют для виброизоляции бетоноукладчиков, вентиляторов, двигателей внутреннего сгорания, бетоносмесителей и.т.д.

Рис.7.Схема пружинно-резиновых амортизаторов: 1, 2, 3-опора машины

 

 

 

Рис.8. Схемы пружинно-резиновых амортизаторов:

1 – резина;

2 – стальная пружина;

3 – опора виброизолированной машины.

    

Пружинные амортизаторы в сочетании с гидроамортизаторами (комбинированные) находят широкое применение и для виброизоляции кабин управления экскаваторов, бульдозеров и т.д.

     Для уменьшения времени затухания колебаний применяют резиновые виброизоляторы, в которых большое внутреннее трение (коэффициент неупругого сопротивления 0,03-0,25). Однако виброизолирующая способность резиновых виброизоляторов меньше чем пружинных ( μ =1/5…1/20).

     Положительные свойства пружинных и резиновых виброизоляторов хорошо сочетаются в комбинированных виброизоляторах с применением пневмо- и гидроамортизаторов.

Рис.9. Виброизоляция сиденья оператора

1. гидроамортизатор)

                                             Рис.10. Схемы виброизоляции виброактивного

              оборудования:

        а – опорный вариант;

        б – подвесной вариант;

         в – виброизоляция от      вертикальных

             и горизонтальных колебаний.

 

   

      Виброгашение. Динамические гасители вибрации наиболее эффективно применяются для уменьшения вибрации машин со стабильной частотой колебаний (насосов, турбогенераторов, силовых установок и т.д.). Работа виброгасителя сводится к следующему (рис.2.5.20). Виброгаситель массой m и жесткостью К! присоединяется к вибрирующему механизму, колебания которого необходимо погасить (масса механизма М и жесткость К). Колебания механизма под действием возмущающей силы происходят по гармоническому закону F0 * sin ωt . Массу и жесткость виброгасителя m и К! подбирают таким образом, чтобы частота собственных колебаний виброгасителя была равна ω = ω0 . При этом, в каждый момент времени сила F1 от виброгасителя действует против силы F (виброгаситель входит в резонансные колебания, а колебания механизма массой М уменьшаются). Виброгашение применяется для снижения колебаний высотных объектов (теле- и радиоантенны, дымовые трубы, памятники). Частота собственных колебаний виброгасителей подбирается таким образом, чтобы она совпадала с частотой пульсации ветровой нагрузки. Недостатком применения динамических гасителей является то, что они позволяют снизить вибрацию только на одной частоте.

     Виброгасящее основание. Уменьшить воздействие вибрации от динамически неуравновешенных машин на основные конструкции зданий и сооружений можно следующим образом: увеличить массу фундамента, выполнить виброгасящее основание. Конструктивно виброгасящее основание выполняют из легких упругих материалов в виде акустических швов по периметру фундамента вибрирующей машины (дробилки, виброплощадки, мельницы, вентиляторы)

                                                          

                            Рис11. Виброгасящее основание:

                   1 – виброплощадка;

                   2 – основание (фундамент);

                   3 – акустический шов.

 

Рис.12. Установка агрегатов на виброгасящие основания:

а – на фундаменте и на грунте;

б – на перекрытии.

Рис.13. Схема установки резинового коврика под фундамент

виброплощадки.

 

 

Рис14. Виброплощадка на «открытой воздушной подушке»:

1 - виброплощадка ;

           2 - вентилятор;

            3 – форма с бетоном

 

     Средства индивидуальной защиты от вибрации. Если техническими средствами не удается достичь выполнения гигиенических норм на рабочем месте, то необходимо применять средства индивидуальной защиты: виброзащитные рукавицы и виброзащитную обувь, наколенники, коврики, нагрудники, специальные костюмы. Виброзащитные свойства применяемых упругих материалов нормируются в октавных полосах 8…2000 Гц и должны быть в пределах 1…5 дБ при толщине вставки 5 мм и 1…6 дБ при толщине вставки 10 мм. Сила нажатия при оценке виброзащитных свойств рукавиц варьируется от 50 до 200 Н. Виброзащитные рукавицы должны быть гигиеничны, не стеснять выполнение технологических операций, не вызвать раздражение кожных покровов (Гост 12.4 002-74 «Средства индивидуальной защиты рук о вибрации. Общие технические требования»).

     Виброизоляционную обувь изготавливают из кожи (или искусственных заменителей) и снабжают стельками из упругопластичных материалов для защиты от вибрации на частотах выше 11 Гц. Эффективность виброизоляционной обуви нормируется на частотах 16; 31,5; 63 Гц и должна составлять 7…10 Дб. Требование к изготовлению виброизоляционной обуви и методы определения защитной эффективности приведены в Гост 12.4.024-76* «Обувь специальная виброзащитная. Общие технические требования».

К организационно-профилактическим мероприятиям по снижению вредного влияния вибрации следует отнести рациональный режим труда и отдыха и применение лечебно-профилактических мер. При работе с инструментом, имеющим колебания до 1200 в минуту, рабочим необходим 10 –минутный перерыв после каждого часа работы; при работе с инструментом, имеющим 4000 и более колебаний в минуту, необходим получасовой перерыв после каждого часа работы.

 

 

 

 

Рис.15. Виброгасящая обувь:

а – амплитуда колебаний подошвы;

б – амплитуда колебаний верхней поверхности стельки

1 – общий вид; 2 –  виброгасящая вкладная стелька.

    

Не следует допускать воздействия вибрации в течение более 65% рабочего времени. Согласно санитарных норм, запрещается работа с пневматическим инструментом при температуре ниже 160С, влажности 40-60% и скорости воздуха более 0,3 м /с. При работе на вибрационном инструменте, для предупреждения заболеваний масса удерживаемого в руках инструмента не должна превышать 10 кг, а сила нажима работающих на вибрирующее оборудование не должна превышать 200 Н.