2.1.1. Вибрация

Простейшим видом вибрации являются гармонические (синусоидальные) колебания.

Основные параметры синусоидальных колебаний: частота, Гц; амплитуда смещения, м или см; скорость V, м/с; ускореннее, м/с'- или доли ускорения силы тяжести (9,81 м/с ).

За нулевой уровень колебательной скорости принимается величина 5-10"° м/с, соответствующая среднеквадратичной колебательной скорости при стандартном пороге звукового давления, равном 2-10 Н/м . За нулевой уровень колебательного ускорения принимают величину 3-1 Н м/с².

Относительные уровни виброскорости lv и виброускорения L_a выражают в децибелах и определяют по формулам:

где V — среднеквадратичная виброскорость, м/с; vq — пороговая виброскорость, равная 5-10"" м/с;

Классификация вибраций осуществляется по нескольким признакам.

По способу передачи человеку различают вибрации локальные и общие. Первые передаются через руки (при работе с ручными машинами, органами управления), вторые — через опорные поверхности стоящего, сидящего или лежащего человека.

По характеру спектра вибрации подразделяют на узко- и широкополосные. В узкополосных вибрациях контролируемые параметры в 1/3-октавной полосе частот более чем на 15 дБ превышают значения в соседних 1/3-октавных полосах. Широкополосные вибрации не отвечают этим требованиям.

По частотному составу различают вибрации: низкочастотные с преобладанием максимальных уровней в октавных полосах 8 и 16 Гц локальные), 1 и 4 Гц (общие); среднечастотные — 31,5 и 63 Гц (локальные), 8 и 16 Гц (общие); высокочастотные — 125, 250, 500 и 1000 Гц (локальные), 31,5 и 63 Гц (общие).

Местные вибрации создают преимущественно ручные машины ударного, ударно-вращательного и вращательного действия: клепальные, рубильные, отбойные молотки, бурильные перфораторы, трамбовки, гайковерты, поверхностные и глубинные ручные вибраторы, шлифовальные машины, бензо- и электропилы, дрели и т.п.

Общую вибрацию инициируют, например, самоходные и прицепные машины (транспортная вибрация), экскаваторы, промышленные и строительные краны, горные комбайны, бетоноукладчики, напольный производственный транспорт (транспортно-технологическая вибрация), станки металлорежущие и деревообрабатывающие, кузнечно-прессовое оборудование, буровые станки, электрические машины и др. (технологическая вибрация).

Особенно опасны колебания в режиме резонанса, когда резко возрастает их амплитуда. При резонансе совпадают частота так называемых вынужденных колебаний тела, обусловленная действием на него периодически изменяющихся внешних сил, и частота его свободных колебаний, возникающих в нем под влиянием внутренних сил после выведения тела из равновесия. Классическим примером возможной ситуации резонанса является прохождение по мосту строевым шагом воинской части. В данном случае вероятно совпадение частоты свободных колебаний самого моста и вынужденных его колебаний под влиянием мерного шага воинской колонны. Как следствие можно получить недопустимо большую вибрацию моста и его разрушение. Именно поэтому при переходе через мост воинским частям запрещается идти «в ногу».

Характер воздействия вибраций на организм определяется их уровнями, спектром частот, физиологическими параметрами тела человека.

Местные вибрации малой интенсивности могут оказать даже благоприятное влияние: восстановить обмен веществ и питание тканей организма, улучшить функциональное состояние центральной нервной системы, ускорить заживление ран. Однако при увеличении интенсивности колебаний и длительности их воздействия появляются изменения, в ряде случаев приводящие к развитию профессиональной патологии — вибрационной болезни.

К ведущим проявлениям вибрационной патологии относятся нейрососудистые расстройства рук, сопровождаемые интенсивными болями после работы и по ночам, снижением всех видов кожной чувствительности, слабостью в кистях. Зачастую наблюдается феномен «мертвых», или белых, пальцев. Параллельно развиваются мышечные или костные изменения, неврозы.

Предельно допустимые величины некоторых видов вибраций (табл. 1), предусматриваемые основными законодательными документами, показывают, что уровень транспортно-технологического воздействия (длительность 8 ч) значительно выше, чем в жилых помещениях. Предельно допустимые уровни других видов вибраций, не отраженных в табл. 1, например технологических на постоянных рабочих местах, в складах, столовых, бытовых, дежурных комнатах, на рабочих местах умственного труда (заводоуправление, конструкторское бюро, вычислительные центры и т.д.), ниже транспортно-технологических, но выше, чем в жилых помещениях.

Таблица 1 Допустимые значения вибрации

Для снижения воздействия вибраций необходимы мероприятия по их элиминированию в источниках возникновения или, при невозможности этого, на путях распространения колебаний.

Основной причиной вибрации многочисленного оборудования с вращающимися частями, например насосов, компрессоров, двигателей, является дисбаланс этих частей, вызванный неоднородностью материала конструкции (литейные раковины, шлаковые включения), искривлением валов и роторов, неплотностью крепежных соединений, излишними люфтами и зазорами между отдельными элементами оборудования. Устранение указанных причин и исключение резонансных режимов работы оборудования позволяет резко снизить величину вибраций в источнике возникновения.

Способы снижения вибраций на путях их распространения включают виброгашение, виброизоляцию и вибродемпфирование.

При виброгашении фундамент и установленное на него оборудование соединяют в единую систему с помощью анкерных болтов или цементной заливки. Этот метод требует больших затрат времени. В ряде случаев фундамент представляет собой сложное инженерное сооружение, по стоимости значительно более дорогое, чем оборудование.

Поэтому во всех случаях, когда это возможно, стараются установить оборудование без фундамента, непосредственно на виброизолирующих опорах. Такие опоры можно применять и при наличии фундамента. Их располагают между источником вибраций (машина) и фундаментом (основанием, опорной плитой) либо между фундаментом и грунтом. Виброизоляторами служат резиновые или пластмассовые прокладки, одиночные или составные цилиндрические пружины, листовые рессоры, комбинированные (пружинно-резиновые, пружинно-пластмассовые, пружинно-рессорные) и пневматические (воздушные подушки) виброизоляторы.

В основе демпфирования лежит поглощение энергии колебания системы за счет увеличения в последней активных потерь. Вибродемпфирование реализуется применением материалов с большим внутренним трением: малоуглеродистых и малосернистых чугунов, сплавов цветных металлов. Перспективны вибродемпфирующие покрытия. Их применяют для снижения колебаний трубопроводов и газопроводов компрессорных станций, воздуховодов систем вентиляции административных зданий. К числу распространенных вибродемпфирующих покрытий относятся мастичные и листовые (пенопласт, волосяной войлок, поролон, минераловатные плиты, губчатая резина и др.).

К работе с вибрирующими машинами и оборудованием допускаются лица не моложе 18 лет, получившие необходимую квалификацию и сдавшие технический минимум по правилам безопасного выполнения работ.