Файл: В. А. Власов Доктор технических наук, профессор тгасу.pdf

88
К источникам транспортной вибрации относят: тракторы, самоходные сельскохозяйственные машины (в том числе комбайны); автомобили грузовые (в том числе тягачи, скреперы, грейдеры, катки и т.д.); снегоочистители.
Транспортно-технологическая вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах машин, перемещающихся по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок, горных выработок. К источникам транспортно-технологической вибрации относят: экскаваторы (в том числе роторные), краны промышленные и строительные, шахтные погрузочные машины, самоходные бурильные каретки; бетоноукладчики, напольный производственный транспорт.
К источникам технологических вибраций относится оборудование, действие которого основано на использовании вибрации и ударов (виброплатформы, вибростенды, молоты, штампы, прессы и пр.), а также мощные электрические установки (компрессоры, насосы, вентиляторы, некоторые металлообрабатывающие и деревообрабатывающие, кузнечно-прессовое оборудование, литейные машины, электрические машины, стационарные электрические, установки, насосные агрегаты и вентиляторы, оборудование для бурения скважин, буровые станки и др.).

локальная. Локальная вибрация передается на руки работника через вибрирующий инструмент или обрабатываемую заготовку.
Водители транспортных машин (тракторов, самоходной сельхозтехники, грузового автотранспорта, землеройных машин и др.), а также операторы транспортно-технологического оборудования
(экскаваторов, подъемных кранов, горнодобывающих машин, бетоноукладчиков и др.) подвергаются воздействию общей и локальной вибрации. На рабочие места передается низкочастотная толчкообразная вибрация беспорядочного характера, возникающая в процессе передвижения машин по неровной поверхности или от работы подвижных частей механизмов. На рабочее место водителя, в том числе на органы управления передается вибрация, возникающая в результате работы двигателя.

89

высокочастотные вибрации – с преобладанием максимальных уровней в октавных полосах частот 31.5–63 Гц для общих вибраций, 125–1000 Гц для локальных вибраций.
4. По временным характеристикам:

постоянные вибрации, для которых величина нормируемых параметров изменяется не более чем в 2 раза (на 6 дБ) за время наблюдения;

непостоянные вибрации, для которых величина нормируемых параметров изменяется не менее чем в 2 раза (на 6 дБ) за время наблюдения не менее
10 минут при измерении с постоянной времени 1 с, в том числе: a) колеблющиеся во времени вибрации, для которых величина нормируемых параметров непрерывно изменяется во времени; b) прерывистые вибрации, когда контакт человека с вибрацией прерывается, причем длительность интервалов, в течение которых имеет место контакт, составляет более 1 с; c) импульсные вибрации, состоящие из одного или нескольких вибрационных воздействий (например, ударов), каждый длительностью менее 1 с.
5. По направлению действия вибрацию подразделяют в соответствии с направлением осей ортогональной системы координат. Направление координатных осей при действии вибрации представлено на рис. 3 – 5.
Рис. 16 — Направления осей базицентрической системы координат
Рис. 17 — Направления осей системы координат при положении «сжатая
ладонь» (кисть обхватывает цилиндрическую рукоятку)

90
Рис. 18 — Направления осей системы координат при положении «прямая
ладонь» (кисть нажимает на сферическую поверхность)
Корректированное по частоте значение контролируемого параметра U или его логарифмический уровень L
u
определяются по формулам:


2 1
N
i
i
i
U
U K



(6)


10
V
1 10lg
10
U
K
i
i
L
L
N
i
L












(7) где V
i и L
ui
– среднее квадратическое значение контролируемого параметра вибрации (виброскорости или виброускорения) и его логарифмический уровень в i- й полосе; N – число частотных полос в нормируемом диапазоне; K
j и L
Ki
– весовые коэффициенты для i-й частотной полосы для среднего квадратического значения контролируемого параметра или его логарифмического уровня.
Различают санитарно-гигиеническое и техническое нормирование. В первом случае производят ограничение параметров вибрации рабочих мест и поверхности контакта с конечностями работающих, исходя из физиологических требований, и снижающих возможность возникновения вибрационной болезни.
Регламентирует параметры производственной вибрации и правила работы с виброопасными механизмами и оборудованием ГОСТ 12.1.012-90 «ССБТ.
Вибрационная безопасность.
Общие требования»,
СН
2.2.4/2.1.8.566-96
«Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий».
Документы устанавливают: классификацию вибраций, методы гигиенической оценки, нормируемые параметры и их допустимые значения, режимы труда лиц виброопасных профессий, подвергающихся воздействию локальной вибрации, требования к обеспечению вибробезопасности и к вибрационным характеристикам машин.
Во втором случае осуществляют ограничение параметров вибрации с учетом не только указанных требований, но и технически достижимого на сегодняшний день для данного вида машин уровня вибрации.
Вибрационная нагрузка на оператора нормируется для каждого направления действия вибрации. Критерий «безопасность» означает ненарушение здоровья оператора, оцениваемого по объективным показателям с учетом риска возникновения предусмотренных медицинской классификацией профессиональной

91 болезни и патологий, а также исключающий возможность возникновения травмоопасных или аварийных ситуаций из-за воздействия вибрации. Критерий
«граница снижения производительности труда» означает поддержание нормативной производительности труда оператора, не снижающейся из-за развития усталости под воздействием вибрации. Критерий «комфорт» означает создание условий труда, обеспечивающих оператору ощущение комфортности при полном отсутствии мешающего действия вибрации.
Для общей вибрации нормы вибрационной нагрузки на оператора установлены для категорий вибрации и соответствующих им критериям по табл. 23.
Табл. 23. Категории вибрации и соответствующие им критерии
Кат ег ори я
Характеристика условий труда
Пример источников вибрации
1 бе зопа снос ть
Транспортная вибрация, воздействующая на операторов подвижных самоходных и прицепных машин и транспортных средств при их движении по местности, агрофонам и дорогам, в том числе при их строительстве
Тракторы, сельскохозяйственные и промышленные, машины для обработки почвы, уборки и посева сельскохозяйственных культур; автомобили, строительно-дорожные машины, в том числе бульдозеры, скреперы, грейдеры, катки, снегоочистители и т.п.; самоходный горно-шахтный транспорт.
2 гра ни ца сн иже ния прои зво дит ельно сти труда
Транспортно-технологическая вибрация, воздействующая на операторов машин с ограниченной подвижностью, перемещающихся только по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок и горных выработок
Экскаваторы, краны промышленные и строительные, машины для загрузки мартеновских печей; горные комбайны; шахтные погрузочные машины; самоходные бурильные каретки; путевые машины бетоноукладчики; напольный производственный транспорт

92 3 тип
«а» гра ни ца сн иж ен ия прои зво дит ельно сти т руда
Технологическая вибрация, воздействующая на операторов стационарных машин и оборудования или передающаяся на рабочие места, не имеющие источников вибрации
Станки металло- и деревообрабатывающие, кузнечнопрессовое оборудование, литейные машины, электрические машины, насосные агрегаты, вентиляторы, буровые станки, оборудование промышленности стройматериалов (кроме бетоноукладчиков), установки химической и нефтехимической промышленности, стационарное оборудование сельскохозяйственного производства
3 тип
«в»
комфорт
Вибрация на рабочих местах работников умственного труда и персонала, не занимающегося физическим трудом
Диспетчерские, заводоуправления, конструкторские бюро лаборатории, учебные помещения, вычислительные центры, конторские помещения, здравпункты и т.д.
При гигиенической оценке вибраций нормируемыми параметрами являются средние квадратичные значения виброскорости V (и их логарифмические уровни L
v
) или виброускорения для локальных вибраций в октавных полосах частот, а для общей вибрации – в октавных или третьоктавных полосах. Допускается интегральная оценка вибрации во всем частотном диапазоне нормируемого параметра, в том числе по дозе вибрации с учетом времени воздействия.
Табл. 24. Санитарные нормы спектральных показателей вибрационной
нагрузки на оператора. Общая вибрация, категория 1
f, Гц
Нормативные значения виброускорения м/с
2
дБ в 1/3 окт. в 1/1 окт. в 1/3 окт. в 1/1 окт.
Z
X,Y
Z
X,Y
Z
X,Y
Z
X,Y
0,8 14,12 4,45 129 119 1,0 10,03 3,57 20,0 6,3 126 117 132 122 1,25 7,13 2,85 123 115 1,6 4,97 2,29 120 113 2,0 3,58 1,78 7,1 3,5 117 111 123 117 2,5 2,95 1,78 114 111 3,15 1,78 1,78 111 111 4,0 1,25 1,78 2,5 3,2 108 111 114 116 5,0 1,00 1,78 106 111 6,3 0,80 1,78 104 111 8,0 0,64 1,78 1,3 3,2 102 111 108 116 10,0 0,64 1,78 102 111 12,5 0,64 1,78 102 111

93 16,0 0,64 1,78 1,2 3,2 102 111 107 116 20,0 0,64 1,78 102 111 25,0 0,64 1,78 102 111 31,5 0,64 1,78 1,1 3,2 102 111 107 116 40,0 0,64 1,78 102 111 50,0 0,64 1,78 102 111 63,0 0,64 1,78 1,1 3,2 102 111 107 116 80,0 0,64 1,78 102 111

94
Табл. 25. Санитарные нормы спектральных показателей вибрационной
нагрузки на оператора. Общая вибрация, категория 2
f, Гц
Нормативные значения виброускорения м/с
2
дБ в 1/3 окт. в 1/1 окт. в 1/3 окт. в 1/1 окт.
Z
X,Y
Z
X,Y
Z
X,Y
Z
X,Y
0,8 0,71 0,224 117 107 1,0 0,63 0,224 1,10 0,39 116 107 121 112 1,25 0,56 0,224 115 107 1,6 0,50 0,224 114 107 2,0 0,45 0,224 0,79 0,42 113 107 118 113 2,5 0,40 0,280 112 109 3,15 0,355 0,365 111 111 4,0 0,315 0,450 0,57 0,8 110 113 115 118 5,0 0,315 0,56 110 115 6,3 0,315 0,710 110 117 8,0 0,315 0,900 0,6 1,62 110 119 116 124 10,0 0,40 1,12 112 121 12,5 0,50 1,40 114 123 16,0 0,63 1,80 1,13 3,2 116 125 121 130 20,0 0,80 2,24 118 127 25,0 1,0 2,80 120 129 31,5 1,25 3,55 2,25 6,4 122 131 127 136 40,0 1,60 4,50 124 133 50,0 2,00 5,60 126 135 63,0 2,50 7,10 4,5 12,8 128 137 133 142 80,0 3,15 9,00 130 139

95
Табл. 26. Санитарные нормы спектральных показателей вибрационной
нагрузки на оператора. Общая вибрация, категория 3, тип «а»
f, Гц
Нормативные значения виброускорения м/с
2
дБ в 1/3 окт. в 1/1 окт. в 1/3 окт. в 1/1 окт.
Z
X,Y
Z
X,Y
Z
X,Y
Z
X,Y
1,6 0,09 99 0,9 105 2,0 0,08 0,14 98 103 0,64 1,3 102 108 2,5 0,071 97 0,46 99 3,15 0,063 96 0,32 96 4,0 0,056 0,1 95 100 0,23 0,45 93 99 5,0 0,056 95 0,18 91 6,3 0,056 95 0,14 89 8,0 0,056 0,11 95 101 0,12 0,22 87 93 10,0 0,071 97 0,12 87 12,5 0,09 99 0,12 87 16,0 0,112 0,20 101 106 0,12 0,20 87 92 20,0 0,140 103 0,12 87 25,0 0,18 105 0,12 87 31,5 0,22 0,40 107 112 0,12 0,20 87 92 40,0 0,285 109 0,12 87 50,0 0,355 111 0,12 87 63,0 0,445 0,80 113 118 0,12 0,20 87 92 80,0 0,56 115 0,12 87
Табл. 27. Санитарные нормы спектральных показателей вибрационной
нагрузки на оператора. Общая вибрация, категория 3, тип «в»
f, Гц
Нормативные значения виброускорения м/с
2
дБ в 1/3 окт. в 1/1 окт. в 1/3 окт. в 1/1 окт.
Z
X,Y
Z
X,Y
Z
X,Y
Z
X,Y
1,6 0,0125 82 0,13 88 2,0 0,0112 0,02 81 86 0,09 0,018 85 91 2,5 0,01 80 0,063 82 3,15 0,009 79 0,045 79 4,0 0,008 0,014 78 83 0,032 0,063 76 82 5,0 0,008 78 0,025 74 6,3 0,008 78 0,02 72 8,0 0,008 0,014 78 83 0,016 0,032 70 75 10,0 0,01 80 0,016 70 12,5 0,0125 82 0,016 70

96 16,0 0,016 0,028 84 89 0,016 0,028 70 75 20,0 0,02 86 0,016 70 25,0 0,025 88 0,016 70 31,5 0,032 0,056 90 95 0,016 0,028 70 75 40,0 0,04 92 0,016 70 50,0 0,05 94 0,016 70 63,0 0,063 0,112 96 101 0,016 0,028 70 75 80,0 0,08 98 0,016 70
Табл. 28. Санитарные нормы спектральных показателей вибрационной
нагрузки на оператора. Локальная вибрация
f, Гц
Нормативные значения в направлениях виброускорения виброскорости м/с
2
дБ
10
-2
м/с дБ
8 1,4 123 2,8 115 16 1,4 123 1,4 109 31,5 2,7 129 1,4 109 63 5,4 135 1,4 109 125 10,7 141 1,4 109 250 21,3 147 1,4 109 500 42,5 153 1,4 109 1000 85,0 159 1,4 109
Методы снижения вибраций и средства защиты
Методы борьбы с вибрацией базируются на анализе уравнений, описывающих колебания машин и агрегатов в производственых условиях. Эти уравнения сложны, т.к. любой вид технологического оборудования (так же как и его отдельные конструктивные элементы) является системой со многими степенями подвижности и обладает рядом резонансных частот.
Для простоты анализа будем считать, что на систему воздействует переменная возмущающая сила, изменяющаяся по синусоидальному закону. Тогда уравнение колебаний этой системы будет иметь вид:
2 2
j t
m
d x
dx
m
qx F e
dt
dt



 
(8) где m – масса системы; q – коэффициент жесткости системы; х – текущее значение вибросмещения;
dx
dt
– текущее значение виброскорости;
2 2
d x
dt
– текущее значение виброускорения; F
m
– амплитуда вынуждающей силы; ω – угловая частота вынуждающей силы.

97
Общее решение этого уравнения содержит два слагаемых: первый член соответствует свободным колебаниям системы, которые в данном случае являются затухающим из-за наличия в системе трения; второй – соответствует вынужденным колебаниям.
Выразив вибросмещение в комплексном виде
j t
m
x
x e


(9) и подставив соответствующие значения и в формулу (10) найдем выражения для соотношения между амплитудами виброскорости и вынуждающей силы:
2 2
m
m
F
V
q
m












(10)
Знаменатель выражения (2) характеризует сопротивление, которое оказывает система вынуждающей переменной силе, и называется полным механическим импедансом колебательной системы. Величина μ составляет активную, а величина
q
m









– реактивную часть этого сопротивления.
Реактивное сопротивление равно нулю при резонансе, которому соответствует частота
0
q
m


(11)
При этом система оказывает сопротивление вынуждающей силе только за счет активных потерь в системе. Амплитуда колебаний в таком режиме резко увеличивается.
Таким образом, из анализа решения уравнения (10) вынужденных колебаний системы с одной степенью свободы следует, что основными методами борьбы с
вибрацией машин и оборудования являются:
1) снижение вибраций воздействием на источник возбуждения
(посредством снижения амплитуды вынуждающих сил F
m
);
2) отстройка от режима резонанса путем рационального выбора массы или жесткости колеблющейся системы (изменение m или q);
3) вибродемпфирование – увеличение механического импеданса колеблющихся конструктивных элементов путем увеличения диссипативных сил при колебаниях с частотами, близкими к резонансным. Виброзащитные сиденья применяют, если оператор выполняет работу сидя. Рабочие места, расположенные на транспортных средствах, оснащают подрессоренными сиденьями. Для эффективной виброзащиты в диапазоне частот 2-20 Гц собственная частота системы сиденье-человек должна быть около 1 Гц, что соответствует статическому перемещению такой системы под собственным весом порядка 25 см. Такие сиденья наряду с упругими и демпфирующими

98 элементами, как правило, направляющие механизмы, обеспечивающие снижение вибрации в одном, обычно вертикальном направлении. Широкое распространение получили сиденья с параллелограммным направляющим механизмом в подвеске, когда упругие и демпфирующие элементы шарнирно закреплены на поворотных рычагах по диагонали параллелограмма.
Собственная частота таких систем лежит в диапазоне 1,5-2,5 Гц, а относительное демпфирование изменяется в пределах 0,2-0,5.
4) динамическое виброгашение – присоединение к защищаемому объекту систем, реакции которых уменьшают размах вибраций объекта в точках присоединения систем. Виброзащитные рукоятки предназначены для защиты от локальной вибрации рук оператора. Для снижения действия вибрации, передаваемой на руку человека отбойным молотком, он оснащается виброгасящей рукояткой. Она содержит пружинный упругий элемент и подшипники качения, располагаемые между поверхностью корпуса и рукояткой для уменьшения трения. Это позволяет в несколько раз снизить уровень передаваемой вибрации. Эффективным способом виброзащиты оператора пневмошлифовальных машин является использование рукояток из эластичных материалов на воздушной подушке.
При этом исключается непосредственный контакт рукоятки с вибрирующим корпусом и достигается существенное снижение уровня вибрации, действующей на человека.
5) вибропоглощение – снижение вибрации путем усиления в конструкции процессов внутреннего трения, рассеивающих виброэнергию в результате необратимого преобразования ее в теплоту;
6) виброизоляция – установка между источником вибрации и объектом защиты упругодемпфирующего устройства – виброизолятора – с малым коэффициентом передачи.
Разработан комплекс профилактических мероприятий, снижающих уровни вибрации оборудования, сокращающих время контакта с ним и ограничивающим влияние неблагоприятных сопутствующих факторов производственной сферы включает гигиеническое нормирование, организационно-технические и лечебно- профилактические меры.
Для обеспечения вибрационной безопасности труда разработан комплекс мероприятий и средств защиты. Основными составляющими этого комплекса являются технические методы и средства борьбы с вибрацией в источнике ее возникновения и на путях ее распространения к рабочему месту (или в точке контакта с человеком-оператором), а также организационные мероприятия.
Технические методы и средства борьбы с вибрацией главным образом направлены на изменение ее интенсивности, воздействующей на человека-оператора. Критерием эффективности служит степень достижения нормативов вибрации.
По организационному признаку методы виброзащиты подразделяются на
коллективную и индивидуальную виброзащиту.
По отношению к источнику возбуждения вибрации методы коллективной
защиты подразделяются на методы, снижающие параметры вибрации воздействием