Воздействие вибраций на человека. Нормирование вибраций. Гигиеническое нормирование вибрации. Методы снижения вибрации Измерение и контроль вибрации на рабочих местах
Нормирование. Цель нормирования вибраций - предотвращение функциональных расстройств и заболеваний, чрезмерного утомления и снижения работоспособности. В основе гигиенического нормирования лежат медицинские показания. Нормированием устанавливают допустимую суточную или недельную дозы, предупреждающие в условиях трудовой деятельности функциональные расстройства или заболевания работающих.
Для нормирования воздействия вибрации установлены четыре критерия: обеспечение комфорта, сохранение работоспособности, сохранение здоровья и обеспечение безопасности. В последнем случае используются предельно допустимые уровни для рабочих мест.
Применительно к вибрациям существует техническое (распространяется на источник вибрации) и гигиеническое нормирование (определяет ПДУ вибрации на рабочих местах). Последнее ограничивает уровни вибрационной скорости и ускорения в октавных или третьоктавных полосах среднегеометрических частот.
При гигиенической оценке вибраций нормируемыми параметрами являются средние квадратичные значения виброскорости (и их логарифмические уровни) или виброускорения как в пределах отдельных октав, так и третьеоктавных полос. Для локальной вибрации нормы вводят ограничения только в пределах октавных полос. Например, когда устанавливают регулярные перерывы в течение рабочей смены при локальной вибрации, допустимые значения уровня виброскорости увеличивают.
При интегральной оценке по частоте нормируемым параметром является корректированное значение контролируемого параметра вибрации, измеряемое при помощи специальных фильтров. Локальную вибрацию оценивают, используя среднее за время воздействия корректированное значение.
Вибрацию, воздействующую на человека, нормируют для каждого установленного направления. Гигиенические нормы вибрации при частотном (спектральном) анализе установлены для длительности воздействия 480 мин. Гигиенические нормы в логарифмических уровнях среднеквадратических значений виброскорости для общей локальной вибрации в зависимости от категории (1,2, За, б, в, г) приведены в ГОСТ 12.1.012-78; там же указаны нормы при интегральной оценке по частоте нормируемого параметра. Эти значения положены в основу норм СН 245-71 и требований в рамках ССБТ.
Вибрацию классифицируют по следующим признакам: по способу воздействия на человека - общая и локальная; по источнику возникновения - транспортная (при движении машин), транспортно-технологическая (при совмещении движения с технологическим процессом, например при косьбе или обмолоте самоходным комбайном, рытье траншей экскаватором и т. п.) и технологическая (при работе стационарных машин, например насосных агрегатов);по частоте колебаний - низкочастотная (менее 22,6 Гц), среднечастотная (22,6...90 Гц) и высокочастотная (более 90 Гц); характеру спектра - узко- и широкополосная; времени действия - постоянная и непостоянная; последнюю, в свою очередь, делят на колеблющуюся во времени, прерывистую и импульсную.
Нормы вибрации установлены для трех взаимно перпендикулярных направлений вдоль осей ортогональной системы координат. При измерении и оценке общей вибрации необходимо помнить, что ось X расположена в направлении от спины к груди человека, ось Y- от правого плеча к левому, ось Z- вертикально вдоль туловища. При измерении локальной вибрации следует учитывать, что ось Z нaпpaвлeнa вдоль ручного инструмента, а оси Х Y- перпендикулярно к ней.
Стандартом установлены нормы отдельно для транспортной вибрации (категория 1), транспортно-технологической (категория 2) и технологической (категория 3); причем нормы для третьей категории подразделены на подкатегории: За - для вибрации, действующей на постоянных рабочих местах производственных помещений; 3б - на рабочих местах складов, бытовых, дежурных и подсобных помещений, в которых отсутствуют генерирующие вибрацию машины; Зв -в помещениях для работников умственного труда.
Средства оценки. Вибрации измеряют виброметрами типов НВА-1 и ИШВ-1. Аппаратура НВА-1 в комплекте с пьезометрическими датчиками Д-19, Д-22, Д-26 позволяет определять низкочастотную виброскорость и виброускорения. Виброизмерительный комплекс представляет собой измерительный преобразователь (датчик), усилитель, полосовые фильтры и регистрирующий прибор. Контролируемые параметры - действующие значения виброскорости, ускорения или их уровней (дБ) в октавных полосах частот. Параметры вибрации определяют в том направлении, где колебательная скорость наибольшая.
Основными гигиеническими характеристиками, определяющими воздействие вибрации на человека, по Санитарным нормам СН 2.2.4/2.1.8.566-96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий» являются среднеквадратичные значения виброскорости и виброускорения в октавных полосах частот. ГОСТ 12.1.012-2004 «Вибрационная безопасность» определяет в качестве гигиенической характеристики вибрации значение полного корректированного виброускорения.
Гигиеническая оценка постоянной и непостоянной вибрации, действующей на человека, производится посредством:
Частотного (спектрального) анализа вибрации;
Интегральной оценки по частоте воздействующей вибрации;
Интегральной оценки с учетом времени вибрационного воздействия по эквивалентному (по энергии) уровню вибрации.
Предельно допустимые уровни производственной вибрации установлены СН 2.2.4/2.1.8.566-96 отдельно для локальной и общей вибрации (вибрация рабочих мест). Причем, нормирование общей вибрации осуществляется тоже отдельно для следующих категорий вибрации (по источнику возникновения): – транспортной вибрации (вибрации 1-й категории); транспортно-технологической вибрации (вибрации 2-й категории); технологической вибрации (вибрации 3-й категории).
Нормируемый диапазон частот устанавливается:
Для локальной вибрации в виде октавных полос со среднегеометрическими частотами: 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц;
Для общей вибрации в виде октавных или третьоктавных полос со среднегеометрическими частотами 0,8; 1; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 31,5; 40,0; 50,0; 63,0; 80,0 Гц.
Значение среднегеометрической частоты октавной полосы при нормировании вибрации, как и при нормировании шума, определяется по формуле (7.5).
При частотном (спектральном) анализе нормируемыми параметрами являются средние квадратические значения виброскорости (V )и виброускорения (а ) или их логарифмические уровни (L V , L a ), измеряемые в октавных и третьоктавных полосах частот, устанавливаемых для длительности воздействия 480 мин (8 ч).
Гигиеническая оценка воздействующей на работника постоянной вибрации (общей, локальной) проводится методом интегральной оценки по частоте нормируемого параметра. При этом нормируемым параметром является корректированное значение виброскорости и виброускорения (U )или их логарифмические уровни (L U ), измеряемые с помощью корректирующих фильтров или вычисляемые по формулам:
где U i и L Ui – среднее квадратическое значение контролируемого параметра вибрации (виброскорости или виброускорения) и его логарифмический уровень в i -й частотной полосе; n – число частотных полос в нормируемом диапазоне; K i и L Ki – весовые коэффициенты для i -й частотной полосы для среднего квадратического значения контролируемого параметра или его логарифмического уровня.
Весовые коэффициенты K i и L Ki приведены в табл. 1 и 2 СН 2.2.4/2.1.8.566-96.
Гигиеническая оценка воздействующей на работника непостоянной вибрации (общей, локальной) проводится методом интегральной оценки по эквивалентному (по энергии) уровню нормируемого параметра. При интегральной оценке вибрации с учетом времени ее воздействия по эквивалентному (по энергии) уровню нормируемым параметром является эквивалентное корректированное значение виброскорости или виброускорения (U экв) или их логарифмический уровень (L U экв), измеренные или вычисленные по формулам:
, дБ, (8.8)
, дБ, (8.9)
где U i – корректированное по частоте значение контролируемого параметра виброскорости (V, L V ), или виброускорения (a, L a ); t i – время действия вибрации, ч;
где n – общее число интервалов действия вибрации.
При воздействии на работника в течение рабочего дня (смены) как постоянной, так и непостоянной вибрации (общей, локальной) для оценки условий труда измеряют или рассчитывают с учетом продолжительности их действия эквивалентный корректированный уровень (значение) виброскорости или виброускорения по формуле (8.9).
При оценке вибрационной нагрузки на работника предпочтительным параметром является виброускорение.
Норма вибрационной нагрузки на работника устанавливается для каждого направления действия вибрации.
Гигиенические нормы одночисловых (корректированных) показателей вибрационной нагрузки на работника для длительности смены 8 ч в соответствии с СН 2.2.4/2.1.8.566-96 приведены в табл. 8.1.
Таблица 8.1
Гигиенические нормы вибрации
| Вид вибрации | Категория вибрации по санитарным нормам | Направление действия | Нормативные корректированные и эквивалентные корректированные значения | |||
| по виброускорению | по виброскорости | |||||
| м/с 2 | дБ | м/с | дБ | |||
| Локальная | X л, Y л, Z л | 2,0 | 2,0 | |||
| Общая | Z о | 0,56 | 1,1 | |||
| X о, Y о | 0,4 | 3,2 | ||||
| Z о, X о, Y о | 0,28 | 0,56 | ||||
| 3 тип «а» | Z о, X о, Y о | 0,1 | 0,2 | |||
| 3 тип «б» | Z о, X о, Y о | 0,04 | 0,079 | |||
| 3 тип «в» | Z о, X о, Y о | 0,014 | 0,028 |
Гигиенические нормы в логарифмических уровнях средних квадратических значений виброскорости для октавных полос частот приведены на рис. 8.3.
Рис. 8.3. Допустимые логарифмические уровни средних квадратических
значений виброскорости для октавных полос частот:
1-3 – общая вибрация: 1 – транспортная (1´ – вертикальная, 1´´– горизонтальная); 2 – транспортно-технологическая; 3 – технологическая (3а – на постоянных рабочих местах производственных помещений предприятий, 3б – на рабочих местах в складах, столовых, бытовых, дежурных и других производственных помещений, где нет машин, генерирующих вибрацию, 3в – на рабочих местах и помещениях заводоуправления, конструкторских бюро, лабораторий, учебных пунктов, вычислительных центров, здравпунктов, конторских помещениях, рабочих комнатах и других помещениях для работников умственного труда); 4 – локальная вибрация
Нормативные уровни вибрации для водителей автомобильного транспорта приведены в табл. 8.2, для железнодорожных транспортных средств – в табл. 8.3.
Таблица 8.2
Гигиенические нормы вибрации для автотранспорта
Таблица 8.3
Гигиенические нормы вибрации железнодорожных транспортных средств
| № п/п | Вид подвижного состава | Оси | Нормативные уровни вибрации, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц | Корректированные и эквивалентные корректированные значения и их уровни | ||||||
| 31,5 | ||||||||||
| Кабины локомотивов и МВПС по виброскорости | Z X, Y | |||||||||
| Пассажирские вагоны поездов дальнего следования - по виброскорости | Z X, Y | |||||||||
| Пассажирские вагоны электро- и дизельных поездов (электрички) - по виброскорости | Z X, Y | |||||||||
| Путеизмерительные вагоны и вагоны дефектоскопии на рабочих местах (пол, сидение) - по виброскорости | Z X, Y | |||||||||
| - по виброускорению | Z X, Y |
Окончание табл. 8.3
Измерение вибрации
Контроль вибрации проводят в точках, для которых установлены санитарные и технические нормы в направлениях координатных осей, установленных ГОСТ 31191.1-2004 (ИСО 2631-1:1997) «Вибрация и удар. Измерение общей вибрации и оценка ее воздействия на человека. Ч.1. Общие требования», ГОСТ 31319-2006 (ЕН 14253:2003) «Вибрация. Измерение общей вибрации и оценка ее воздействия на человека. Требования к проведению измерений на рабочих местах», ГОСТ 31192.1-2004 (ИСО 5349-1:2001) «Вибрация Измерение локальной вибрации и оценка ее воздействия на человека. Ч.1. Общие требования», ГОСТ 31192.2-2004 (ИСО 5349-2:2001) «Вибрация Измерение локальной вибрации и оценка ее воздействия на человека. Ч.2. Требования к проведению измерений на рабочих местах».
Допускается проводить измерения в других, более удобных для контроля точках рабочего места, машины, тела оператора, если установлены достоверные взаимосвязи (аналитические зависимости, передаточные функции, коэффициенты, поправки и другие показатели) между выбранным местом измерения и точкой, для которой установлены нормы вибрации.
Контроль вибрации на рабочих местах должен обеспечивать оценку вибрационной нагрузки на оператора в реальных условиях производства.
Периодические испытания ручных машин для контроля ВХ должны проводиться не реже раза в год.
Периодичность контроля вибрационной нагрузки на оператора при воздействии локальной вибрации должна быть не реже 2 раз в год, общей – не реже раза в год.
Отбор рабочих мест при выборочном контроле вибрации на рабочих местах должен производиться по методике, разработанной для конкретного производства и согласованной с организациями или службами, по указанию которых он проводится.
Контроль качества машин должен проводиться при контрольных испытаниях в соответствии с ГОСТ Р 15.201-2000 «Система разработки и постановки продукции на производство. Продукция производственно-технического назначения. Порядок разработки и постановки продукции на производство».
Контроль технического состояния машин должен осуществляться после их ремонта и периодически.
Программа контроля при оценке вибробезопасности на рабочих местах или контроля ВХ машин должна содержать:
характеристику объекта измерений, правила его выбора;
условия контроля, при которых проводят измерения;
виды и характеристики применяемых средств испытаний;
контролируемые параметры показателей вибрационной нагрузки на оператора или ВХ машины;
точки и направления измерений;
способы установки вибропреобразователей;
тип измерительной аппаратуры и ее погрешность;
требования к числу наблюдений и времени измерения;
методику обработки и критерии оценки результатов измерений.
Контроль вибрационной нагрузки на оператора по спектральному или корректированному по частоте значению контролируемого параметра допускается осуществлять по результатам определения ВХ, например по результатам испытаний ручных машин на стендах.
Виброизмерительная аппаратура должна соответствовать требованиям ГОСТ ИСО 8041-2006 «Вибрация. Воздействие вибрации на человека. Средства измерений» и иметь действующее свидетельство о поверке. Краткий перечень средств измерений вибрации приведен в приложении 1. Средства для измерений вибрации должны иметь в своем составе устройства для показаний следующих параметров:
Среднеквадратичного значения корректированного ускорения для данного периода измерений;
Среднеквадратичного значения ускорения в диапазоне полосовой фильтрации для данного периода измерений;
Периода измерений.
Средства измерений должны иметь в своем составе устройство индикации появления перегрузки в любой из моментов измерений. Для определения максимального кратковременного среднеквадратичного и значения пикового значения должна быть предусмотрена возможность работы средства измерений в режиме удержания измеренных значений.
Для измерения вибрации применяют виброметры и шумомеры с дополнительным приспособлением – виброизмерительным преобразователем, устанавливаемым вместо микрофона. Для оценки вибрационной нагрузки точки измерения выбирают в местах контакта оператора с вибрирующей поверхностью. Если оператор в процессе производственной деятельности перемещается в пределах рабочего места (зоны), то измерения выполняют через каждый метр его пути.
При измерении общей вибрации вибропреобразователь устанавливают на промежуточной платформе у ног оператора, работающего стоя, или на промежуточном диске, размещаемом на сиденье под опорными поверхностями оператора, работающего сидя. При измерении локальной вибрации вибропреобразователь устанавливают на переходном элементе – адаптере.
Способ и устройство крепления вибропреобразователя не должны оказывать влияния на характер контролируемой вибрации и вносить погрешности в измерения. Предпочтительным креплением вибропреобразователя является шпилька.
Предельная погрешность измерений вибрации не должна быть более ±3 дБ с вероятностью 0,95.
Измерения проводят непрерывно или через равные промежутки времени (дискретно).
При непрерывном измерении спектров и корректированных по частоте значений длительность измерений должна быть: для локальной вибрации - не менее 3 с; для общей вибрации – не менее 30 с.
При непрерывном измерении дозы вибрации или эквивалентного корректированного значения контролируемого параметра длительность наблюдения должна быть не менее 5 мин для локальной вибрации и не менее 15 мин для общей вибрации.
При дискретном измерении спектров и корректированных по частоте значений интервал между снятием отсчетов должен быть для локальной вибрации не менее 1 с, для общей вибрации – не менее 10 с.
Приборы для измерения вибрации делятся на две группы: приборы, измеряющие вибрацию неэлектрическими методами, и приборы с преобразованием механических колебаний в электрические. Механические вибрографы редко встречаются в настоящее время и обычно используются как приборы для проведения оценочных замеров амплитуд и частот вибраций, так как чувствительность их сравнительно невелика: они позволяют регистрировать амплитуды колебаний от 0,05 до 6 мм при частотах от 5 до 100 Гц.
Приборы, в которых механические колебания преобразуются в электрические, позволяют записывать колебательный процесс на осциллограф или самопишущие приборы без искажений; при этом могут быть выделены отдельные составляющие вибрации. Преимуществом такого метода измерения вибрации является возможность удаления вибродатчика от измерительной аппаратуры на любое расстояние. Используя несколько датчиков, можно измерять вибрацию одновременно в нескольких точках. Наибольшее распространение получили индукционные (магнитоэлектрические), электромагнитные и пьезоэлектрические датчики.
К отечественной виброизмерительной аппаратуре, позволяющей анализировать вибрацию, относятся измерители шума и вибрации ВШВ-003-М2, шумовиброинтегратор логарифмирующий ШВИЛ-01, шумомер-виброметр ШВД-01, позволяющие проводить измерения общей и локальной вибрации в диапазоне 20-170 дБ, виброметр общей и локальной вибрации «Октава 101В», предназначенный для измерения среднеквадратичных, эквивалентных и пиковых уровней виброускорения. Средства измерения вибрации серии «Октава» наиболее соответствуют требованиям ГОСТ ИСО 8041-2006. Из зарубежных приборов следует отметить аппаратуру фирм Robotron (Германия), «Брюль и Къер» (Дания).
Для измерений параметров вибрации предназначен комплект фирмы Robotron , состоящий из виброметра и узкополосного фильтра, плавная развертка частоты которого обеспечивается внутренним или внешним (от виброметра) управляющим сигналом. Оба прибора комплектуются в измерительный чемодан. Указанный фильтр прибора имеет встроенные корректирующие схемы, позволяющие оценивать как локальную вибрацию, так и действующую в любом направлении на тело человека в целом. Однако применение данного комплекта при оценке вибрации с непостоянной амплитудой требует такой же квалификации оператора, как и измерение непостоянного шума.
Более удобным для целей нормирования является виброметр М 1300, специально предназначенный для гигиенической оценки вибрации, действующей на человека. Рабочий частотный диапазон прибора простирается от 0,5 Гц до 4 кГц, внутри которого результаты измерений могут автоматически корректироваться встроенными фильтрами, учитывающими направление и место приложения вибрации к человеку. Важным преимуществом прибора является автоматический расчет дозы вибрации, значение которой отображается на жидкокристаллическом дисплее. Это не требует от оператора снятия промежуточных результатов по стрелочному прибору, что существенно повышает качество оценки вибрации. Питание осуществляется от элементов типа «Крона». Масса прибора в переносной сумке с элементами питания не превышает 2 кг. Так как виброметр является одноканальным вариантом, то для измерений одновременно в трех направлениях действия вибрации необходимо иметь три комплекта, которые удобно размещаются в одном чемодане.
Из аппаратуры фирмы «Брюль и Къер» (Дания) следует отметить модульный шумомер типа 2231 класса 1, имеющий возможность измерения как параметров шума, так и вибрации за счет применения различных сменных модулей.
Нормирование вибрации осуществляется по двум направлениям:
I направление – санитарно-гигиеническое;
II направление – техническое (защита оборудования).
При гигиеническом нормировании вибрации руководствуются следующими нормативными документами:
ГОСТ 12.1.012-90 ССБТ. Вибрационная безопасность;
СН 2.2.4/2.1.8.566-96. Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий. Санитарные нормы: утв. Постановлением Госкомсанэпиднадзора России от 31.10.96 N 40.
Вводятся следующие критерии оценки неблагоприятного воздействия вибрации в соответствии с приведенной выше классификацией:
· критерий “безопасность”, обеспечивающий ненарушение здоровья оператора, оцениваемого по объективным показателям с учетом риска возникновения предусмотренной медицинской классификацией профессиональной болезни и патологий, а также исключающий возможность возникновения травмоопасных или аварийных ситуаций из-за воздействия вибрации. Этому критерию соответствуют санитарно-гигиенические нормативы, установленные для категории 1;
· критерий “граница снижения производительности труда”, обеспечивающий поддержание нормативной производительности труда оператора, не снижающейся из-за развития усталости под воздействием вибрации. Этот критерий обеспечивается соблюдением нормативов, установленных для категорий 2 и 3а;
· критерий “комфорт”, обеспечивающий оператору ощущение комфортности условий труда при полном отсутствии мешающего действия вибрации. Этому критерию соответствуют нормативы, установленные для категорий 3б и 3в.
Показатели вибрационной нагрузки на оператора формируются из следующих параметров:
Для санитарного нормирования и контроля используются средние квадратические значения виброускорения а или виброскорости V, а также их логарифмические уровни в децибелах;
При оценке вибрационной нагрузки на оператора предпочтительным параметром является виброускорение.
Нормируемый диапазон частот устанавливается:
Для локальной вибрации в виде октавных полос со среднегеометрическими частотами 1; 2; 4; 8; 16; 31, 5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц;
Для общей вибрации – октавных и 1/3 октавных полос со среднегеометрическими частотами 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80 Гц.
Наряду со спектром вибрации в качестве нормируемого показателя вибрационной нагрузки на оператора на рабочих местах может использоваться одночисловой параметр: корректированное по частоте значение контролируемого параметра (виброскорости, виброускорения или их логарифмических уровней). При этом неодинаковое физиологическое воздействие на человека вибрации различных частот учитывается весовыми коэффициентами, значения которых приведены в указанных выше нормативных документах.
При непостоянной вибрации нормой вибрационной нагрузки на оператора являются одночисловые нормативные значения дозы вибрации или эквивалентного корректированного по времени воздействия значения контролируемого параметра.
Основные методы борьбы с вибрациями машин и оборудования.
1. Снижение вибраций воздействием на источник возбуждения посредством снижения или ликвидации вынуждающих сил, например замена кулачковых и кривошипных механизмов равномерно вращающимися, а также механизмами с гидроприводами и т.д.
2. Отстройка от режима резонанса путем рационального выбора массы или жесткости колеблющейся системы.
3. Вибродемпфирование. Это процесс уменьшения уровня вибраций защищаемого объекта путем превращения энергии механических колебаний в тепловую энергию. Для этого вибрирующая поверхность покрывается материалом с большим внутренним трением (резина, пробка, битум, войлок и др.). Вибрации, распространяющиеся по коммуникациям (трубопроводам, каналам), ослабляются их стыковкой через звукопоглощающие материалы (прокладки из резины и пластмассы). Широко применяются противошумные мастики, наносимые на поверхность металла.
4. Динамическое гашение вибрации чаще всего осуществляют путем установки агрегатов на фундаменты. Для небольших объектов между основанием и агрегатом устанавливают массивную опорную плиту.
5. Изменение конструктивных элементов машин и строительных конструкций.
6. При работе с ручным механизированным электрическим и пневматическим инструментом применяют средства индивидуальной защиты рук от воздействия вибраций. К ним относят рукавицы, перчатки, а также виброзащитные прокладки или пластины, которые снабжены креплениями в руке.
На рис. 27 приведена классификация методов и средств коллективной защиты от вибрации.
Рис. 27. Классификация методов и средств защиты от вибрации
Вопрос №57.
Производственный микроклимат (метеорологические условия) – климат внутренней среды производственных помещений, определяется действующим на организм человека сочетанием температуры, влажности и скорости движения воздуха, а также температуры окружающих поверхностей, теплового облучения и атмосферного давления. Нормирование микроклимата осуществляется в соответствии со следующими нормативными документами: СанПин 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений; ГОСТ 12.1.005-88. ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.
Установлены два вида нормативов: 1.Оптимальные микроклиматические условия устанавливаются по критериям оптимального теплового и функционального состояния человека; они обеспечивают ощущение теплового комфорта и создают предпосылки для высокого уровня работоспособности. 2. В случаях, когда по технологическим требованиям, техническим и экономически обоснованным причинам не могут быть обеспечены оптимальные микроклиматические условия, нормы устанавливают допустимые величины показателей микроклимата. Они устанавливаются по критериям допустимого теплового и функционального состояния человека на период 8-часовой рабочей смены. Допустимые параметры микроклимата не вызывают повреждений или нарушений состояния здоровья, но могут приводить к возникновению общих и локальных ощущений теплового дискомфорта, напряжению механизмов терморегуляции, ухудшению самочувствия и понижению работоспособности. Согласно ГОСТ 12.1.005-88 допустимые показатели устанавливаются дифференцированно для постоянных и непостоянных рабочих мест.
Оптимальные параметры микроклимата в производственных помещениях обеспечиваются системами кондиционирования воздуха, а допустимые параметры – обычными системами вентиляции и отопления.
Терморегуляция – совокупность физиологических и химических процессов в организме человека, направленных на поддержание постоянства температуры тела. Терморегуляция обеспечивает равновесие между количеством тепла, непрерывно образующимся в организме, и излишком тепла, непрерывно отдаваемым в окружающую среду, т.е. сохраняет тепловой баланс организма: Q выд = Q отд .
Теплообмен между человеком и окружающей его средой осуществляется с помощью следующих механизмов за счет:инфракрасногоизлучения , которое излучает или получает поверхность тела (R ); конвекции (С ), т.е. через нагрев или охлаждение тела воздухом, омывающим поверхность тела; теплоотдачей (Е ), обусловленной испарением влаги с поверхности кожи, слизистых оболочек верхних дыхательных путей, легких. Q отд = ± R ± С – Е .
В нормальных условиях при слабом движении воздуха человек в состоянии покоя теряет в результате тепловой радиации около 45 % всей вырабатываемой организмом тепловой энергии, конвекции – до 30 % и испарения – до 25 %. При этом свыше 80 % тепла отдается через кожу, примерно 13 % – через органы дыхания, около 7 % тепла расходуется на согревание принимаемой пищи, воды и вдыхаемого воздуха. В состоянии покоя организма и при температуре воздуха 15 0 С потоотделение незначительно и составляет примерно 30 мл за 1 ч. При высокой температуре (30 о С и выше), особенно при выполнении тяжелой физической работы, потоотделение может увеличиваться в десятки раз. Так, в горячих цехах при усиленной мышечной работе количество выделяемого пота 1…1,5 л/ч, на испарение которого затрачивается 2500…3800 кДж.
В целях обеспечения эффективного теплообмена между человеком и средой устанавливаются санитарно-гигиенические нормативы параметров микроклимата на рабочем месте, а именно: температура воздуха; скорость движения воздуха; относительная влажность воздуха; температура поверхностей. Условия 1 и 2 определяют конвективный теплообмен; 1 и 3 – испарение пота; 4 – теплоизлучение. Нормативы на эти параметры устанавливаются дифференцированно в зависимости от степени тяжести выполняемой работы.
Под тактильной чувствительностью понимают ощущение прикосновения и давления. В среднем на 1 см 2 находится около 25 рецепторов. Абсолютный порог тактильной чувствительности определяется по тому минимальному давлению предмета на кожную поверхность, при котором наблюдается едва заметное ощущение прикосновения. Сильнее всего развита чувствительность на частях тела, наиболее удаленных от его оси. Характерной особенностью тактильного анализатора является быстрое развитие адаптации, то есть исчезновение чувства прикосновения или давления. Благодаря адаптации человек не чувствует прикосновения одежды к телу. Ощущение боли воспринимается специальными рецепторами. Они рассеяны по всему нашему телу, на 1 см 2 кожи приходится около 100 таких рецепторов. Чувство боли возникает в результате раздражения не только кожи, но и ряда внутренних органов. Часто единственным сигналом, предупреждающим о неблагополучии в состоянии того или другого внутреннего органа, является боль. В отличие от других сенсорных систем, боль дает мало сведений об окружающем нас мире, а скорее сообщает о внутренних опасностях, грозящих нашему телу. Если бы боль не предостерегала, то уже при самых обыденных действиях мы часто наносили бы себе повреждения. Биологический смысл боли в том, что, являясь сигналом опасности, она мобилизует организм на борьбу за самосохранение. Под влиянием болевого сигнала перестраивается работа всех систем организма и повышается его реактивность.
При частоте колебаний ниже 1 Гц тело человека движется как единое целое – внутренние органы не испытывают относительных перемещений. Такие колебания хотя и неприятны, но не опасны (качка). Следствием такой вибрации является морская болезнь. Большинство внутренних органов имеют собственную частоту колебаний в диапазоне6–9 Гц. Воздействие на организм человека внешних колебаний с такими же частотами очень опасно, так как они могут вызвать механические повреждения или даже разрыв органов. Длительное воздействие интенсивной общей вибрации может быть причиной вибрационной -бо лезни – нарушений физиологических функций организма, обусловленных преимущественно воздействием вибрации на центральную нервную систему.
Эти нарушения проявляются в виде головных болей, головокружений, плохого сна, раздражительности, пониженной работоспособности, нарушений сердечной деятельности.
При частотах выше 100 Гц вибрация может действовать только как локальная. Локальная вибрация при длительном воздействии вызывает спазмы сосудов, вследствие чего происходит ухудшение снабжения кровью конечностей.
Кроме того, локальная вибрация воздействует на нервные окончания, мышечные и костные ткани, выражающиеся в нарушении чувствительности кожи, окостенений сухожилий мышц, болях и отложениях солей в суставах кистей рук и пальцев, что приводит к деформациям и уменьшению подвижности суставов. Одновременно наблюдаются нарушения деятельности центральной нервной системы.
Организм особенно чувствителен к вертикальным сотрясениям, когда человек стоит на вибрирующей поверхности. Наиболее вредным для человека является одновременное действие вибрации, шума и низкой температуры.
1.2. Параметры вибрации и их нормирование
1.2.1. Вибрация характеризуется тремя параметрами: смещением из положения равновесия, колебательной скоростью и колебательным ускорением.
Исходя из психофизиологических соображений и для удобства вычислений, параметры вибрации выражают в логарифмических единицах. Эти логарифмические единицы называют уровнями, выражают в децибелах и обозначают буквой L с соответствующим индексом:
– уровень смещения L = 20 lg x ;
– уровень колебательной скорости L v = 20 lg V ;
– уровень колебательного ускорения L a = 20 lg a , a0
где x 0 , V 0 , a 0 – опорные значения, установленные международными соглаше-
ниями: x 0 = 8 10-12 м; V 0 = 5 · 10-8 м/с; a 0 = 3 · 10-4 м/с2 .
В практике вибрации обычно измеряют и нормируют в октавных полосах частот, т. е. полосах, у которых отношение граничных частот f гр2 /f гр1 = 2.
Октавные полосы стандартизированы международным соглашением. Для общей вибрации среднегеометрические частоты октавных полос образуют сле-
дующий ряд: 1; 2; 4; 8; 16; 31,5; 63; для локальной вибрации: 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц.
1.2.2. Нормируемыми характеристиками вибрации, определяющими ее воздействие на человека, являются среднеквадратичные значения виброскорости V в м/с и виброускорения a в м/с2 или их логарифмические уровни L V и L a в дБ соответственно.
Вибрация, воздействующая на человека, нормируется отдельно для каждого установленного направления в каждой из октавных полос.
Гигиенические нормы вибрации, воздействующей на человека в производственных условиях, указаны в СН2.2.4/2.1.8.565-96 «Производственная вибрация. Вибрация в помещениях и общественных зданиях» (Приложение 1). Нормируемыми параметрами вибрации на подвижном составе являются уровни амплитудных значений колебательной скорости L v и колебательного ускорения L a , а также учитывается повторяемость этих величин (СН 2.9.4/21.8.566-96).
На локомотивах вибрации нормируют по ускорениям (12.2.056-81). Допустимые уровни вибраций для основных видов работ устанавливают-
ся ГОСТ 12.2.056 – 2004 «Вибрационная безопасность и общие требования».
1.3. Мероприятия по устранению вибраций
Общие мероприятия по борьбе с вредным воздействием вибрации можно объединить в три группы: инженерно-технические, организационные и профилактические.
Инженерно-технические мероприятия включают в себя внедрение вибробезопасных машин, применение средств виброзащиты, снижающих вибрацию, воздействующую на работающих, на путях ее распространения; проектировочными решениями технологических процессов и производственных помещений, обеспечивающими гигиенические нормы вибрации на рабочих местах.
Организационные мероприятия включают в себя контроль за монтажом оборудования, своевременным и качественным проведением плановопредупредительного обслуживания и ремонта, выполнением правил технической эксплуатации машин и агрегатов.
Лечебно-профилактические мероприятия обеспечивают необходимый микроклиматический режим и комплекс физиотерапевтических процедур(водные ванны, массаж, гимнастика и ультрафиолетовые облучения).
Различают общую и локальную вибрации. Общая вибрация вызывает сотрясение всего организм, местная вовлекает в колебательное движение отдельные части тела. Общей вибрации подвергаются транспортные рабочие, операторы мощных штампов, грузоподъемных кранов и некоторых других видов оборудования. Локальной вибрации подвергаются работающие с ручным электрическим и пневматическим механизированным инструментом (зачистка сварных швов, обрубка отливок, клепка, шлифование и т. п.). В ряде случаев работающий может подвергаться одновременно воздействию общей и локальной вибрации (комбинированная вибрация), например, при работе на строительно-дорожных машинах и транспорте.
Характер воздействия производственной вибрации определяется уровнями, частотным спектром, физиологическими свойствами тела человека. Местная вибрация малой интенсивности может оказывать благоприятное действие на организм человека: восстановить трофические изменения, улучшить функциональное состояние центральной нервной системы, ускорить заживление ран.
Общая вибрация с частотой менее 0,7 Гц (качка) хотя и неприятна, но не приводит к вибрационной болезни. Следствием такой вибрации является морская болезнь, происходящая из-за нарушения нормальной деятельности органов равновесия (вестибулярного аппарата) по причине резонансных явлений.
Различные внутренние органы и отдельные части тела (например, голову и сердце) можно рассматривать как колебательные системы с определенной массой, соединенные между собой «пружинами» с определенными упругими свойствами и параллельно включенными сопротивлениями. Очевидно, что такая система обладает рядом резонансов, частоты которых, определяющие субъективное восприятие вибраций, зависят также от положения тела работающего (работа стоя или сидя).
Собственные частоты плечевого пояса, бедер и головы относительно опорной поверхности (положение «стоя») составляют 4-6 Гц, головы относительно плеч (положение «сидя») - 25-30 Гц. Для большинства внутренних органов собственные частоты лежат в диапазоне 6-9 Гц. Колебания рабочих мест с указанными частотами весьма опасны, так как могут вызвать механическое повреждение или даже разрыв этих органов.
Систематическое воздействие общих вибраций, характеризующихся высоким уровнем виброскорости, может быть причиной вибрационной болезни - стойких нарушений физиологических функций организма, обусловленных преимущественно воздействием вибраций на центральную нервную систему. Эти нарушения проявляются в виде головных болей, головокружении, плохого сна, пониженной работоспособности, плохого самочувствия, нарушений сердечной деятельности. Наиболее характерным проявлением вибрационной болезни считают периферические нейрососудистые расстройства верхних конечностей, которые проявляются прежде всего в изменение кровенаполнения тканей предплечья и пальцев кисти. Для выраженных форм вибрационной болезни характерны изменения вестибулярного аппарата. Виброболезнь относится к группе профзаболеваний, эффективное лечение которых возможно лишь па ранних стадиях. Восстановление нарушенных функций протекает очень медленно, а в особо тяжелых случаях в организме наступают необратимые изменения, приводящие к инвалидности.
Низкочастотная общая вибрация вызывает длительную травматизацию межпозвоночных дисков и костной ткани, смещение органов брюшной полости, изменение моторики гладкой мускулатуры желудка и кишечника, возникновение и прогрессирование дегенеративных изменение позвоночника.
В производственных условиях ручные машины с максимальным уровнем виброскорости в полосах низких частот (до 35 Гц) вызывают вибрационную патологию с преимущественным поражением нервно-мышечного и опорно-двигательного аппарата. К основным проявлениям вибрационной патологи относятся нейрососудистые расстройства рук, сопровождающиеся интенсивными болями после работы и по ночам, снижением всех видов кожной чувствительности, слабостью в кистях рук. Нередко наблюдается так называемый феномен « мертвых» или белых пальцев, а также расстройства нервной системы по типу неврозов. Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов, которые начинаются с концевых фаланг пальцев и распространяются на всю кисть, предплечье, захватывают сосуды сердца. Вследствие этого происходит ухудшение снабжения конечностей кровью. Одновременно наблюдается воздействие вибрации на нервные окончания, мышечные и костные ткани, выражающееся в нарушении чувствительности кожи, окостенении сухожилий мышц и отложениях солей в суставах кистей рук и пальцев, что приводит к болям, деформациям и уменьшению подвижности суставов. Все указанные изменения усиливаются в холодный и уменьшаются в теплый период года. При локальной вибрации наблюдаются нарушения деятельности центральной нервной системы, как и при общей вибрации.
Различают гигиеническое и техническое нормирование вибраций.
В первом-случае, т.е. при гигиеническом нормировании, производят ограничение параметров вибрации рабочих мест и поверхности контакта с руками работающих, исходя из физиологических требований, исключающих возможность возникновения вибрационной болезни. 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. При этом учитывают условия установки и режим работы стационарного виброактивного технологического оборудования в цехах, условия эксплуатации ручного механизированного инструмента.
В соответствии с ГОСТ 12.1.012-90 «Система стандартов безопасности труда. Вибрация, общие требования безопасности» установлены допустимые значения и методы оценки гигиенических характеристик вибраций, определяющих ее воздействие на человека. Нормируемыми параметрами при гигиенической оценке вибрации являются средние квадратические значения виброскоростей V (и их логарифмические уровни L u) или виброускорения для локальных вибраций в октавных полосах частот, а для общей вибрации в октавных или 1/3 октавных полосах. Возможна интегральная оценка вибраций по частоте нормируемого параметра, а также по дозе вибрации.
Вибрация, воздействующая на человека, нормируется отдельно в каждой стандартной октавной полосе различно для общей и локальной вибраций. Общая вибрация нормируется с учетом свойств источника ее возникновения и делится на вибрацию:
· транспортную, которая возникает в результате движения машин по местности и дорогам, в том числе при их строительстве (тракторы, с/х машины, грузовые автомобили, снегоочистители, самоходный горношахтный рельсовый транспорт);
· транспортно-технологическую, которая образуется при работе машин, выполняющих технологическую операцию в стационарном положении и (или) при перемещении по специально подготовленной части производственного помещения, промышленной площадке или горной выработке (экскаваторы, промышленные и строительные краны, машины для загрузки мартеновских печей, бетоноукладчики, напольный производственный транспорт);
· технологическую, которая возникает при работе стационарных машин или передается на рабочие места, не имеющие источников вибраций (металло- и деревообрабатывающие станки, КПО, литейные машины, стационарные электрические установки, буровые станки, установки химической и нефтехимической промышленности.
Наиболее высокие требования предъявляются при нормировании технологических вибраций в помещениях для умственного труда, а также в цехах без источников вибраций.
Допустимые значения параметров транспортной, транспортно-технологической и технологической вибрации приведены также в СН 2.2.4. / 2.1.8.-566-96 Санитарные нормы «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий»
Нормы по ограничению общих вибраций, т. е. вибраций рабочих мест (пола, оснований машин, сидений и т. п.), устанавливают величину логарифмического уровня колебательной скорости в октавных диапазонах со среднегеометрическими значениями 2, 4, 8, 16, 32, 63 Гц (нормирование транспортных вибраций производится с октавной полосы со среднегеометрический значением 1 Гц), а нормы по ограничению локальной вибрации - в октавных полосах частот со среднегеометрическими значениями 16, 32, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц. Регламентируется также продолжительность воздействия локальной и общей вибрации в зависимости от степени превышения ее параметров над нормативными значениями.
Гигиенические нормы вибрации установлены для длительности рабочей смены 8 ч.
Параметры вибрации измеряются с помощью приборов, называемых виброметрами. В настоящее время в качестве виброизмерительной и шумоизмерительной аппаратуры используются отечественные приборы ИШВ-2, DID – 003; из зарубежной аппаратуры применяются универсальные виброакустические комплексы фирм RFT (Германия) и « Брюль и Кьер» (Дания).
МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ ВИБРАЦИИ. СРЕДСТВА ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ВИБРАЦИИ.
Основными методами борьбы с вибрациями машин и оборудования являются:
· снижение вибрации воздействием на источник возбуждения (посредством снижения или ликвидации вынуждающих сил);
· отстройка от режима резонанса;
· вибродемпфирование;
· динамическое гашение колебаний;
· изменение конструктивных элементов машин и строительных конструкций;
· виброизоляция;
· применение СИЗ и лечебно-профилактических мероприятий.
I. Снижение вибрации воздействием на источник возбуждения возможно на стадии проектирования при разработке таких кинематических и технологических схем оборудования, которые исключали бы или сводили до минимума динамические нагрузки, вызванные ударами, резкими ускорениями, дисбалансом и другими причинами. Например, замена кулачковых и кривошипно-шатунных механизмов механизмами с гидроприводом.
II. Отстройка от режима резонанса , т.е. отстройка собственных частот агрегата и его отдельных узлов и деталей от частоты вынуждающей силы, имеет существенное значение для ослабления вибрации. Резонансные режимы при работе технологического оборудования устраняются либо путем рационального выбора массы или жесткости колеблющейся системы, либо установлением нового рабочего режима (отстройка от резонансного значения угловой частоты вынуждающей силы. Второй метод осуществляется на стадии проектирования. Жесткость системы изменяют введением в конструкцию ребер жесткости или изменением ее упругих элементов;
III. Вибродемпфирование – это процесс уменьшения уровня вибрации защищаемого объекта путем превращения энергии механических колебаний данной колеблющейся системы в тепловую энергию. Производится за cчет использования конструкционных материалов с большим коэффициентом трения, нанесения на вибрирующие поверхности слоя упруго-вязких покрытий с большими потерями на трение,переводом механической колебательной энергии в энергию токов Фуко или электромагнитного поля.
Вибродемпфирование может производится с помощью использования композиционных материалов, в частности двухслойных материалов сталь – алюминий, сталь-медь, а также пластмасс, древесины или резины.
Широкое распространение получили вибродемпфирующие покрытия, которые в зависимости от величины динамического модуля упругости подразделяются на жесткие (Е = 10 8 - 10 9 Па) и мягкие (Е<10 7 Па). Первые эффективны в области низких частот, вторые – высоких.
Наиболее эффективны покрытия из вязкоупругих материалов, к которым относится твердая пластмасса, рубероид, изол, битуминизированный войлок со слоем фольги. Коэффициент потерь таких слоистых покрытий составляет 0,15-0,40.
В качестве жестких применяются металлические покрытия на основе алюминия, меди, свинца, олова и гальванических покрытий, однако их эффективность значительно ниже, чем у слоистых. К мягким вибродемпфирующим покрытиям относятся мягкие пластмассы, резины, пенопласт и др. Коэффициент потерь таких покрытий составляет 0,05-0,50.
Если обрабатываемая поверхность имеет сложную форму, то для демпфирования применяют мастичные покрытия, представляющие собой смесь синтетических смол и наполнителя, а также мастику «Антивибрит» на основе эпоксидных смол.
IY. Динамическое гашение (виброгашение) - присоединение к защищаемому объекту системы, реакции которой уменьшают размах вибрации объекта в точках присоединения системы; осуществляется несколькими способами, например, установка агрегата на фундаменты, масса которых рассчитывается таким образом, чтобы амплитуда колебаний подошвы фундамента не превышала 0,1 – 0,2 мм, в особо ответственных случаях – 0,05 мм.
Эффективный способ виброгашения – установка динамических виброгасителей, уменьшающих уровень вибрации защищаемого объекта. Недостаток способа – эффективен только при определенной частоте, соответствующей резонансной частоте колебаний агрегата.
Для снижения вибрации часто используются ударные виброгасители: маятниковые, пружинные и плавающие. В них происходит преобразование кинетической энергии относительного движения конструктивных элементов в энергию соударения деформации, которая рассеивается за счет действия сил внутреннего и внешнего трения.
Y. К техническим мероприятиям, снижающим уровень вибрации относится создание новых конструкций инструментов и машин, вибрация которых не должна выходить за пределы безопасной для человека, а усилие, прикладываемое руками рабочих к ручной машине, должно быть в пределах 15-20 кг. В таких конструкциях снижение вибрации достигаться за счет увеличения жесткости системы с помощью введения ребер жесткости.
YI. Виброизоляции обеспечивает снижение вибрации за счет уменьшения передачи колебаний от агрегата к защищаемому объекту путем установки между ними дополнительных устройств.
В качестве средств виброзащиты иногда используют гибкие вставки в коммуникациях воздуховодов, разделение гибкой связью перекрытий и несущих конструкций зданий; устройство «плавающих» полов, в которых настил пола отделяется от перекрытия упругими прокладками; ручной виброинструмент с виброзащищенными рукоятками; виброизолирующие опоры на упругих подставках в сочетании с пружинами и другие устройства.
При эксплуатации машин и оборудования для устранения вибрации применяют изоляцию из дерева, резины, войлока, пробки, пружин, рессор, которые помещают между машинами и оборудованием и их опорными основаниями.
Важным условием уменьшения или ослабления вибрации является жесткое соединение машин и аппаратов с их опорными основаниями.
YII.Гигиенические и лечебно профилактические мероприятия при вибрации. В соответствии с положением о режиме труда работников виброопасных профессий общее время контакта с вибрирующими машинами не должно превышать 2/3 длительности рабочего дня. Продолжительность непрерывного воздействия не должна превышать 15-20 мин. Рекомендуются два регламентированных перерыва: 20 мин (через1-2 часа после начала смены) и 30 мин – через 2 часа после обеденного перерыва.
Для повышения защитных свойств организма, работоспособности и трудовой активности используют специальные комплексы производственной гимнастики, витаминопрофилактику (2 раза в год комплекс витаминов В, С, никотиновая кислота), спецпитание. Целесообразно проводить в середине или конце рабочего дня 5-10 минутные гидропроцедуры (ванночки при температуре 38 0 С и самомассаж рук).
