Вибрация

Введение

 

В условиях становления рыночной экономики проблемы безопасности жизнедеятельности становятся одним из самых острых социальных проблем. Связано это с травматизмом и профессиональными заболеваниями, приводящими в ряде случаев к летальным исходам, притом что более половины предприятий промышленности и сельского хозяйства относится к классу максимального профессионального риска.

Рост профессиональных заболеваний и производственного травматизма, числа техногенных катастроф и аварий, неразвитость профессиональной, социальной и медицинской реабилитации пострадавших на производстве отрицательно сказываются на жизнедеятельности трудящихся, их здоровье, приводят к дальнейшему ухудшению демографической ситуации в стране.

Подтверждением этого служат следующие факторы: высокий удельный вес работников, занятых на рабочих местах, не отвечающих эргономическим и санитарно-гигиеническим требованиям и правилам техники безопасности; быстрый рост уровня профессиональной заболеваемости и производственного травматизма; увеличение тяжести производственного травматизма и его уровня с летальным исходом.

Одним из неблагоприятных производственных факторов - является вибрация, связанная с переносом энергии. При определенной величине и частоте эта энергия может оказывать неблагоприятное воздействие на человека: вызывать различные заболевания, создавать дополнительные опасности. Поэтому  необходимо изучить свойства этих опасных явлений, уметь измерить параметры колебаний и знать методы защиты от них.

 

 

 

 

 

1.Понятие о производственной вибрации

Вибрацией называются механические колебания, испытываемые каким-то телом. Причиной вибрации являются неуравновешенные  силовые воздействия. Вибрация находит полезное применение в медицине (вибромассаж), в строительстве (вибраторы) и в других областях науки и техники. Однако длительное воздействие вибрации на человека является опасным. Опасна вибрация при определенных условиях и для машин и механизмов, так как может вызвать их разрушение.

Различают общую и локальную (местную) вибрации.

Общую вибрацию, передающуюся посредством вибрации рабочих мест, через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека и вызывающих сотрясение всего организма.

Локальную (местную), воздействует на отдельные части тела (передающуюся чаще всего на руки работающего).Вибрация, воздействующая на ноги сидящего человека, на предплечья, контактирующие с вибрирующими поверхностями рабочих столов, также относится к локальной.

Иногда работающий может одновременно подвергаться общей и локальной вибрации (комбинированная вибрация). Длительное воздействие вибрации высоких уровней  на организм человека приводит к развитию преждевременного утомления, снижению производительности труда, росту заболеваемости, нарушает деятельность сердечно - сосудистой и нервной систем и нередко к возникновению профессиональной патологии – вибрационной болезни. Особенно опасна вибрация на резонансных или околорезонансных частотах (6...9 Гц), соответствующих -ритмам головного мозга.

Параметры. Основными параметрами, характеризующими вибрацию, являются: амплитуда смещения Аm (м) то есть величина наибольшего отклонения колеблющейся точки от положения равновесия; амплитуда колебательной скорости V(м/с) и колебательного ускорения а (м/с2); период колебаний Т- время между двумя последовательными одинаковыми состояниями системы; частота f, связанная с периодом известным ношением f =1/ Т.

В силу специфических свойств органов чувств человека для характеристики вибрации используют среднеквадратичные значения действующей скорости: V ² = V_Д².

Абсолютные значения параметров вибрации изменяются в широких пределах. Поэтому удобнее пользоваться уровнем параметров. Уровень параметра - это удесятеренный логарифм отношения абсолютной величины параметра к некоторой величине, принятой за начало отсчета (порог, опорное значение). Измеряются уровни в децибелах (_дБ).

Спектры вибрации показывают зависимость между уровнями составляющих и частотой. Спектры бывают дискретные, сплошные и смешанные. Дискретный спектр характерен для периодического или квазипериодического колебательного процесса, сплошной — для случайного, смешанный — для их сочетания.

Изображение сплошного спектра требует обязательной оговорки о ширине элементарных частотных полос. Если нижняя граничная частота данной полосы частот,₂ — верхняя граничная частота, то в качестве частоты, характеризующей полосу в целом, берется среднегеометрическая частота _сг = Анализ вибрации ведется в октавных полосах, при ₂/1 = 2, или в третьоктавных полосах, при этом₂/i= , а _сг= . Среднегеометрические частоты октавных полос стандартизированы и находятся в пределах 1...1000 Гц.

Измерение. Для измерения вибрации используют виброметры и шумомеры с дополнительным приспособлением. Широко используются отечественные приборы ВШВ 003-М2 и приборы датской фирмы «Брюль и Кьер». Измерение параметров вибрации проводится в соответствии с ГОСТ 12.4.012-83 «Вибрация. Средства измерения и контроля вибрации на рабочих местах».

 

Нормирование. Для вибрации различают санитарно-гигиеническое и техническое нормирование.

ГОСТ 12.1.012-90 «Вибрационная безопасность» регламентирует уровни общей и локальной вибрации. Нормирование осуществляется в октавных диапазонах с различными среднегеометрическими частотами и различается величинами допустимых уровней колебательных скоростей.

Предельно допустимое значение общей вибрации нормируется по виброускорению в октавных и третьоктавных полосах (от 0,8 до 80 Гц) координатным осям (х, у, z).

Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий нормируется санитарными нормами СН 2.2.4/2.1.8.566-96. Нормы устанавливают классификацию вибрации; методы гигиенической оценки вибрации; нормируемые параметры и их допустимые величины; санитарные правила при работе с вибрирующим оборудованием, организационно-технические мероприятия по ограничению вибрации.

Предупреждение. Разработка мероприятий по защите от вибрации рабочих мест должна начинаться на стадии проектирования технологических процессов и машин, разработки плана производственного помещения, схемы организации работ.

Методы уменьшения вредных вибраций можно разделить на две группы: 1) уменьшение интенсивности возбуждающих сил в источнике их возникновения; 2) ослабление вибрации на путях распространения.

 

2.Средства защиты от вибрации 

Для защиты от вибрации существует несколько основных методов. Борьба с вибрацией в источнике ее  возникновения предполагает конструирование и проектирование таких машин и технологических процессов, в которых исключены или снижены неуравновешенные силы, отсутствует ударное взаимодействие деталей, вместо подшипников качения используются подшипники скольжения. Применение специальных видов зацепления и чистоты поверхности шестерен позволяют снизить уровень вибрации на 3…4 дБ. Устранение дисбаланса вращающихся масс достигается балансировкой.

Статистическая и динамическая балансировка – устранение дисбаланса вращающихся масс (деталей) оборудования.

Отстройка от режима резонанса достигается либо изменением характеристик системы (массы и жесткости), либо изменением угловой скорости. Жесткостные характеристики системы изменяются введением в конструкцию ребер жесткости или изменением ее упругих характеристик.

Виброизоляция – это способ уменьшения вибрации защищенного объекта посредством введения в систему упругой связи, препятствующей передаче вибрации от источника колебаний к основанию или смежным элементам конструкции. Виброизоляция называется активной, если для уменьшения вибрации используются упругие элементы – виброизоляторы или амортизаторы. Виброизоляторы выполняют из стальных пружин, резины и других материалов. Существуют также и комбинированные – резинометаллические и пружинно – пластмассовые амортизаторы.

Широкое распространение  получают пневморезиновые амортизаторы, использующие упругие свойства сжатого воздуха, так как они просты по конструкции и обладают  высокими виброизолирующими свойствами. Методы расчета виброизоляции приведены в ГОСТ 12.4.093 – 80 « Вибрация. Машины стационарные. Расчет виброизоляции поддерживающей конструкции».

Эффективность виброизоляции оценивается коэффициентом передачи, который показывает, какая доля динамической силы, возбуждаемой машиной, передается через амортизаторы на основание:

=F_осн /F_маш,

где F_{осн –} передаваемая через основание сила;

      F_{маш  –} возмущающая сила машины.

Чем меньше  , тем выше виброизоляция. Хорошая виброизоляция достигается при   = 1/8….1/15. Коэффициенты передачи можно рассчитать по формуле:

= 1/(2 -1,

где  – частота возбуждающей силы;

       - собственная частота системы на изоляторах.

При  =  наступает резонанс!

Эффективность виброизоляции обычно оценивают в децибелах, пользуясь формулой .

Примером  виброзащиты могут служить также гибкие вставки в воздуховодах,  « плавающие полы», виброизолирующие опоры (для изоляции машин с вертикальной возмущающей силой). В промышленности находит применение активная виброзащита, предусматривающая введение дополнительного источника энергии (сервомеханизма), с помощью которого осуществляется обратная связь от изолируемого объекта к системе виброизоляции.

Виброгашение — это способ снижения вибрации путем введения в систему дополнительных реактивных импедансов (сопротивлений). Чаще всего для этого вибрирующие агрегаты устанавливают на массивные фундаменты. Одним из способов увеличения реактивного сопротивления является установка виброгасителей. Наибольшее распространение получили динамические гасители, которые выбирают из выражения  =

В этом случае подбираются гасители с массой т и жесткостью q, собственная частота которых настроена на основную частоту агрегата, имеющего массу М и жесткость Q (рис. 1.1).

Колебания виброгасителя в каждый момент времени находятся в противофазе с колебаниями агрегата.

Другим типом виброгасителей являются буферные емкости, служащие для превращения пульсирующего потока газа в равномерный.

Уменьшить колебания, передаваемые на рабочие места и строительные конструкции (рис. 1.2), от динамически неуравновешенных машин 1 (дробилок, мельниц, вентиляторов, силовых установок) возможно путем их установки на массивные виброгасящие основания 2. Конструктивно виброгасящие основания выполняют в виде железобетонной плиты, по периметру которой устраивают акустический шов 3, заполняемый легкими упругими материалами. Значительным источником вибрации являются различные насосы. Для снижения вибрации, передаваемой на основание, насос ( см. рис. 1.3) устанавливают на железобетонной плите 2 толщиной 150...300 мм, которая опирается на основание с помощью виброизоляторов 1. Увеличение массы установки приводит к снижению частоты собственных колебаний и повышению эффективности виброизоляции. При такой системе виброзащиты применение массивного фундамента не является обязательным, и насос может быть установлен полу цеха. В трубопроводе, отходящем от насоса, необходимо устраивать гибкие вставки из гофрированной резины 3, а в местах прохода трубопровода через конструкции здания использовать подвесы 4 и резиновые прокладки 5. Эти меры позволяют значительно снизить передачу вибрации и структурного шума по трубам в смежные помещения. Повышение эффективности гибких вставок достигается путем применения фланцевой виброзадерживающей массы, которая как отражает колебания в обратном направлении.

Рис. 1.2 Виброгасящее основание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                Рис.1.3 Схема виброизоляции насосной установки

 

Для уменьшения вибрации кожухов и других деталей, выполненных из стального листа, применяют метод вибропоглощения (вибродемпфирования), то есть снижения вибрации объекта путем превращения ее энергии в другие виды (в конечном счете - в тепловую). Увеличения потерь энергии возможно достичь разными приемами: использованием материалов с большим внутренним трением; использованием пластмасс, дерева, резины; нанесение слоя упруго-вязких материалов, обладающих большими потерями на внутреннее трение (рубероид, фольга, мастики, пластические материалы и др.). Толщина покрытий берется равной 2-3 толщинам демпфируемого элемента конструкции. Хорошо демпфируют колебания смазочные масла.

Мягкие листовые покрытия приклеивают к тонким металлическим поверхностям кожухов, ограждений, вентиляторных воздуховодов.

В том случае, если техническими способами не удается снизить вибрацию ручных машин и рабочих мест до гигиенических норм, применяют виброзащитные рукавицы и виброзащитную обувь (ГОСТ 12.4.002 -74 «Средства индивидуальной защиты от вибрации. Общие требования», ГОСТ 12.4.024-76 «Обувь специальная виброзащитная. Общие технические требования»).

3.Средства индивидуальной защиты от механических воздействий и вибрации

Опасные механические факторы: механические движения и действия технологического оборудования, инструмента, механизмов и машин. К средствам индивидуальной защиты от механических воздействий относятся рабочая одежда, очки, рукавицы. К средствам защиты головы необходимо отнести специальные шлемы и каски, предназначенные для защиты головы и лица от механического травмирования.

Индивидуальные средства защиты от вибрации – это обувь с амортизирующими подошвами (толстая мягкая резина), антивибрационные рукавицы, в которых амортизатором является прокладка из специального поролона толщиной 12 мм. Антивибрационные полусапоги имеют многослойную резиновую подошву. Для защиты рук используются рукавицы, вкладыши, прокладки. Для защиты ног - специальная обувь, подметки, наколенники. Для защиты тела - нагрудники, пояса, специальные костюмы.

В программе практических мероприятий важную роль отводят разработке и внедрению научно обоснованных режимов труда и отдыха. Например, суммарное время воздействия на человека вибрацией не должно превышать 2/3 продолжительности рабочей смены. Рекомендуется устанавливать два регламентируемых перерыва для активного отдыха, проведения физиопрофилактических процедур, производственной гимнастики по специальному комплексу.