6.5 Содержание отчета

Отчет должен содержать:

– цель работы;

– перечень оборудования и приборов;

– функциональные схемы лабораторной установки (рис. 6.4);

– табл. А.6.3.1 – А.6.3.4 с исходными данными, результатами измерений и расчетов;

– графики по результатам экспериментов;

– график, полученный в результате математического моделирования;

– выводы с качественным и количественным анализом полученных результатов, а также о вреде (опасности) исследованного производственного

шума и о необходимых мерах безопасности.

6.6 Контрольные вопросы и задания

1. Что такое шум? Как он влияет на человека?

2. Какими физическими величинами характеризуется шум? Запишите их математические выражения и укажите размерности.

3. Запишите выражение для суммарного уровня шума от нескольких источников.

4. Что такое октава и среднегеометрическая частота октавных полос? Перечислите стандартные значения частот октавных полос.

5. Как зависит чувствительность слуховых анализаторов человека от частоты и интенсивности звука?

6. Какими приборами измеряют уровни шумов? Какие частотные характеристики применяют в них? С какой целью их применяют?

7. Как подразделяются шумы по временным характеристикам?

8. Как различают шумы по характеру спектра?

9. Какие существуют методы измерения и нормирования шума? Приведите их сравнительную характеристику.

10. Что такое звукоизоляция? От чего зависит ее эффективность? Какими физическими величинами она характеризуется?

11. Что такое звукопоглощение? От чего зависит его эффективность? Какими физическими величинами она характеризуется?

12. Чем отличается прямой звук в помещении от отраженного (диффузного)? Какими методами их можно снизить?

13. Какие существуют методы снижения уровня шума? Какими средствами они реализуются?

14. Что такое « эквивалентный уровень (L_А.ЭК.)»?

15. Какие методы защиты от шума изучались в данной работе? Опишите соответствующие эксперименты.

7 Исследование методов и средств защиты человека от технологической вибрации

7.1 Цель работы

Целью работы является изучение условий возникновения вибрационного воздействия на человека, гигиенической оценки вибрации и методов защиты от нее.

7.2 Методические указания к организации самостоятельной работе студентов

При подготовке к лабораторной работе студент должен изучить следующие вопросы:

– причины и условия возникновения технологической вибрации;

– действие вибрации на организм человека;

– гигиеническое нормирование параметров вибрации;

– методы защиты от вибрации производственного оборудования.

Согласно ДСН 3.3.6.039-99, вибрация – это механические колебания твердого тела. Воздействие вибрации на человека классифицируется по следующим признакам:

– по способу передачи колебаний (общая и локальная).

Общая вибрация – вибрация, которая передается человеку через опорные поверхности тела. Локальная – вибрация, которая передается через руки работающих при контакте с ручным механизированным инструментом.

– по направлению колебаний (вертикальная, горизонтальная от спины к груди; горизонтальная от правого плеча к левому;

– по временной характеристике (постоянная и непостоянная). При постоянной вибрации контролируемый параметр за время наблюдения изменяется не более чем в два раза (6 дБ). При непостоянной – более чем в два раза.

При вибрации телу человека передается энергия, которая вызывает переменные механические напряжения и рассеивается в тканях.

При действии общей вибрации прежде всего страдает опорно-двигательный аппарат, нервная система, вестибулярный, зрительный и тактильный анализаторы. Снижается болевая, тактильная и вестибулярная чувствительность. Большие уровни вызывают травмы тканей с последующим изменением физиологических процессов (изменение углеводного, белкового, ферментного, холестеринового обменов и биохимических показателей крови).

Локальной вибрации обычно подвергаются люди, работающие с ручным механизированным инструментом. Она вызывает спазм сосудов кисти, предплечий, нарушение их кровоснабжения, снижение кожной чувствительности, отложение солей и снижение подвижности в суставах. Работники жалуются на боли в руках.

При длительном воздействии вибрации на организм человека возникает виброболезнь. Ее симптомами являются головная боль, онемение пальцев рук, боль в костях, суставах и предплечьях, бессонница. Сопутствующими являются сердечно-сосудистые и нервные заболевания, жалобы на плохое самочувствие.

Причиной возникновения технологической вибрации являются неуравновешенные силовые воздействия, возникающие при работе машин и агрегатов. К основным источникам вибрации относятся:

– механизмы возвратно-поступательного действия (кривошипно-шатунный механизм в двигателях и компрессорах, боек в ручных перфораторах, вибрационные механизмы для уплотнения бетона и грунта при строительстве, агрегаты виброформования в литейном оборудовании и проковки сварных соединений, вибростенды для испытания аппаратуры и т. д.);

– детали, соударяющиеся друг с другом в процессе работы (зубчатые колеса редукторов, подшипники, соединительные муфты и т. д.);

– неуравновешенные вращающиеся массы (несбалансированные диски шлифовальных машин, заготовки на токарных станках, роторы электродви-гателей, вентиляторов и т. д.).

Различают статическую, моментную и динамическую неуравнове-шенности. На рис.7.1 показано влияние разных видов неуравновешенности на характер движения ротора. Центр массы (ЦМ) уравновешенного ротора (см. рис. 7.1, а) лежит на его оси, а сама ось при вращении неподвижна. При статической неуравновешенности (см. рис. 7.1, б) ЦМ смещен относительно оси ротора. При его вращении ось описывает цилиндрическую поверхность. При моментной неуравновешенности (см. рис. 7.1, в) ЦМ лежит на оси ротора, а ось описывает поверхность в виде двух одинаковых конусов с вершинами в центре массы. Динамическая неуравновешенность (см. рис. 7.1, г) сочетает в себе две предыдущие. Размеры описываемых конусов при этом не одинаковы.

а б в г

1 – ротор; 2 – центр массы ротора (ЦМ); 3 и 4 – соответственно, статическая и моментная неуравновешенности

Рисунок 7.1 Характер движения ротора

Статическая неуравновешенность может быть выявлена при установке ротора на горизонтальные рейки (ножи). Под действием силы тяжести ротор повернется массой 3 вниз. Моментная и динамическая неуравновешенности могут быть выявлены путем принудительного вращения ротора.

Любая конструкция, содержащая источники неуравновешенных силовых воздействий, представляет собой колебательную систему. При определенных условиях колебания в ней могут усиливаться или ослабляться. На рис. 7.2 показана схема упрощенной колебательной системы с силовым возбуждением, которая отражает вибрационные свойства многих машин и механизмов. Условно будем считать, что колебания в ней возможны только в вертикальном направлении.

1 – объект; 2 – источник колебания (неуравновешенный ротор); 3 – упругий элемент конструкции (например, пружина амортизатора); 4 – элемент трения (например, демпфер амортизатора)

Рисунок 7.2 – Схема колебательной системы

Колебания системы (рис. 7.2) в общем случае определяются взаимо-действием сил инерции, трения упругости и возбуждающей силы

, (7.1)

где – сила инерции;

– сила трения;

– сила упругости;

– возбуждающая сила.

Переходя к скалярной форме, получим уравнение

, (7.2)

где – масса объекта;

a – виброускорение;

–коэффициент вязкого трения (демпфирования);

V – виброскорость;

– коэффициент жесткости упругого элемента; – виброперемещение;

–время.

Виброскоростью называется скорость перемещения точки, которая колеблется с определенной частотой (первая производная от вибропере-мещения). Виброускорением называется ускорение точки, равное второй производной от виброперемещения.

В рассматриваемой системе возможны два вида колебаний: свободные и вынужденные.

Свободные колебания возникают при отсутствии постоянного возбуждающего воздействия (), если систему предварительно вывести из равновесия. Они носят затухающий характер. Процесс затухания происходит тем быстрее, чем больше трение (демпфирование). Угловая частота свободных колебаний практически не зависит от трения и равна

. (7.3)

Вынужденные колебания возникают при возбуждающих воздействиях, которые заданы явными функциями времени и не зависят от движения самой системы. Если воздействие задано в виде силы, имеет место силовое возбуждение системы. Частота установившихся вынужденных колебаний совпадает с частотой возбуждающего синусоидального воздействия.

При постоянной частоте синусоидального колебания виброускорение отличается от виброперемещения умножением на константу

, (7.4)

где – амплитудное значение виброперемещения;

–угловая частота ();

–частота.

При вращении ротора со статической неуравновешенностью (см. рис. 7.1, б) при постоянной угловой частоте возбуждающая сила равна

, (7.5)

где – суммарная величина неуравновешенных масс 2;

–расстояние от центра масс 2 до оси ротора 1;

– амплитудное значение возбуждающей силы.

При совпадении частот свободных колебаний системы и возбуждающего воздействия () наступаетрезонанс – резкое увеличение амплитуды виброперемещения (виброскорости и виброускорения) вынужденных колебаний, который опасен своим разрушающим действием. Резонанс возможен не только в конструкциях аппаратов и механизмов, но и в теле человека, которое также представляет собой колебательную систему. Под воздействием вибрации могут резонировать отдельные части тела, что резко ухудшает состояние здоровья и ускоряет наступление вибрационной болезни.

Различают техническое и санитарно-гигиеническое нормирование вибрации. Первое существует для защиты оборудования и машин (в данной работе не рассматривается). Второе – для защиты человека.

Одним из методов санитарно-гигиенической оценки вибрации согласно [1] является спектральный (частотный). Нормируемыми параметрами вибрации являются средние квадратические значения виброускорения (виброскорости) или их логарифмические уровни в октавных и третьоктавных полосах частот.

Среднее квадратическое значение виброскорости равно

, (7.6)

где – период функции;

– функциональная зависимость виброскорости от времени;

–время.

Среднее квадратическое значение виброускорения равно

, (7.7)

где – функциональная зависимость виброускорения от времени.

Для гармонической функции ее среднее квадратическое значение равно

, (7.8)

где – максимальное (амплитудное) значение виброперемещения (виброскорости или виброускорения).

Логарифмический уровень виброскорости

, дБ, (7.9)

где – пороговое значение виброскорости,, м/с.

Логарифмический уровень виброускорения

, дБ, (7.10)

где – пороговое значение виброускорения ,, м/с.

В табл. 7.1−7.3 приведены санитарные нормы (максимально допустимые значения) спектральных показателей вибрационной нагрузки на оператора с учетом характеристики условий труда, способа передачи и направления колебаний для длительности воздействия 8 ч.

Таблица 7. 1 – Предельно допустимые уровни локальной вибрации

Средне-геометрические частоты полос, Гц	Нормативные значения во всех направлениях
	виброускорения		виброскорости
	мс	дБ	мс	дБ
8 16 31,5 63 125 250 500 1000	1,4 1,4 2,7 5,4 10,7 21,3 42,5 85,0	73 73 79 85 91 97 103 109	2,8 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4	115 109 109 109 109 109 109 109

Таблица 7.2 – Предельно допустимые уровни общей вибрации, действующей на операторов стационарных машин и оборудования или передающаяся на рабочие места, не имеющие источников вибрации

Среднегеомет-рические частоты полос, Гц	Нормативные значения во всех направлениях
	виброускорения				виброскорости
	мс		дБ		мс		дБ
	в 1/3 окт.	в 1/1 окт.	в 1/3 окт.	в 1/1 окт.	в 1/3 окт.	в 1/1 окт.	в 1/3 окт.	в 1/1 окт.
1,6 2,0 2,5	0,09 0,08 0,071	0,14	49 48 47	53	0,9 0,64 0,46	1,3	105 102 99	108
3,15 4,0 5,0	0,063 0,056 0,056	0,1	46 45 45	50	0,32 0,23 0,18	0,45	96 93 91	99
6,3 8,0 10,0	0,056 0,056 0,071	0,1	45 45 47	50	0,14 0,12 0,12	0,22	89 87 87	93
12,5 16,0 20,0	0,09 0,112 0,140	0,20	49 51 53	56	0,12	0,20	87	92
25,0 31,5 40,0	0,18 0,22 0,285	0,40	55 57 59	62	0,12	0,20	87	92
50,0 63,0 80,0	0,355 0,445 0,56	0,80	61 63 65	68	0,12	0,20	87	92

Таблица 7.3 – Предельно допустимые уровни общей вибрации, действующей на рабочих местах работников умственного труда

Среднегеомет-рические частоты полос, Гц	Нормативные значения во всех направлениях
	виброускорения				виброскорости
	мс		дБ		мс		дБ
	в 1/3 окт.	в 1/1 окт.	в 1/3 окт.	в 1/1 окт.	в 1/3 окт.	в 1/1 окт.	в 1/3 окт.	в 1/1 окт.
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1,6 2,0 2,5	0,0125 0,0112 0,01	0,02	32 31 40	36	0,13 0,09 0,063	0,18	88 85 82	91
3,15 4,0 5,0	0,009 0,008 0,008	0,014	29 28 28	33	0,045 0,032 0,025	0,063	79 76 74	82
6,3 8,0 10,0	0,008 0,008 0,01	0,014	28 28 30	33	0,02 0,016 0,016	0,032	72 70 70	75
12,5 16,0 20,0	0,0125 0,016 0,02	0,028	32 34 36	39	0,016	0,028	70	75
25,0 31,5 40,0	0,025 0,032 0,04	0,056	38 40 42	45	0,016	0,028	70	75
50,0 63,0 80,0	0,05 0,063 0,08	0,112	44 46 48	51	0,016	0,028	70	75

К основным методам защиты от технологической вибрации относятся:

– снижение вибрации в источнике ее возникновения (замена и модернизация оборудования, уравновешивание роторов, смазка подшипников и т. д.);

– снижение вибрации на пути ее распространения с помощью виброизоляции (введения дополнительной упругой связи (амортизатора) рис. 7.2) и вибропоглощения (вибродемпфирования – применения пластмасс, резины, текстолита и других конструкционных элементов с высоким внутренним трением);

– отстройка от резонанса (изменение массы и жесткости отдельных элементов конструкции агрегата или режима его работы, например, скорости вращения электродвигателя);

– применение средств индивидуальной защиты (специальной обуви, подметок, наколенников, перчаток, нагрудников, костюмов и т. д.).

Эффективность виброизоляции и вибродемпфирования оценивается коэффициентом передачи силы. Коэффициент передачи силы можно определить экспериментально и теоретически. Экспериментально его определяют по формуле

, (7.11)

где и –среднеквадратические значения виброускорения, измеренные на вибростенде №2 (см. рис. 7.3, б), соответственно, при наличии виброизоляции и без нее. В теоретических расчетах пользуются формулой

. (7.12)

Из выражения (7.12) видно, что виброизоляция эффективна () при условии

, (7.13)

когда исчезает резонансное явление (см. рис. 7.5). На практике для большей эффективности это отношение принимается в пределах от 2,5 до 5.

Рекомендуемая литература [5…10].