Механизм явления. Воздействие на организм человека

Под вибрацией понимают механические, часто синусоидальные, коле­бания системы с упругими связями, возникающие в машинах и аппаратах при периодическом смещении центра тяжести какого-либо тела от поло­жения равновесия, а также при периодическом изменении формы тела, ко­торую оно имело статическом состоянии. Чаще всего такое колебатель­ное движение происходит из-за неуравновешенных силовых воздействий: дисбаланс вращающихся частей, инерционное возбуждение при работе возвратно-поступательных механизмов, ударные процессы и др.

На рис. 9.1 показана простейшая колебательная система и кривая ее колебаний. Если массу 2 вывести из состояния равновесия, система будет совершать свободные или собственные колебания, то есть колебания под действием своих собственных сил. Если же периодический возмущающий фактор присутствует в течение всего времени, когда совершаются колеба­ния, то они называются вынужденными. Наиболее опасным моментом яв­ляется совпадение частот собственных и вынужденных колебаний (явле­ние резонанса).

Рис. 9.1. Простейшая колебательная система: 1 - пружина (один ее конец жестко закреплен); 2 - груз массы m; 3 - кривая колебаний; 4 – возмущающий фактор.

Вибрацию по способу передачи на человека (в зависимости от характе­ра контакта с источниками вибрации) подразделяют на: местную (локальную), передающуюся чаще всего на руки работающего, и общую, передающуюся посредством вибрации рабочих мест и вызывающую со­трясение всего организма. В производственных условиях нередко имеет место интегрированное действие местной и общей вибрации.

Длительное воздействие вибрации высоких уровней на организм чело­века приводит к развитию преждевременного утомления, снижению производительности труда, риску заболеваемости и нередко к возникновению профессиональной патологии - вибрационной болезни.

В зависимости от источника возникновения общая вибрация бывает: транспортная, транспортно-технологическая технологическая. Локальной вибрации подвергаются люди, работающие с ручным механизированным электрическим или пневматическим инструментом.

Спектры уровней колебательной скорости являются основными характеристиками вибраций. Они бывают (как и для шума) дискретными, сплош­ными и смешанным (см. рис. 8.1). По характеру спектра вибрация подразде­ляется на узкополосную и широкополосную; по частотному составу – на низкочастотную с преобладанием максимальных уровней в октавных полосах 8 и 16 Гц, среднечастотную - 31,5 и 63 Гц, высокочастотную -125, 250, 500, 1000 Гц - для локальной вибрации; для вибрации рабочих мест - соответственно 1 и 4 Гц, 8 и 16 Гц, 31,5 и 63 Гц.

По временным характеристикам подразделяют вибрацию на постоян­ную, для которой величина виброскорости изменяется не более чем в 2 раза (на 6 дБ) за время наблюдения не менее 1 мин, и непостоянную, для которой величина виброскорости изменяется не менее чем в 2 раза (на 6дБ) за время наблюдения не менее 1 мин. Непостоянная вибрация в свою очередь подразделяется на колеблющуюся во времени, прерывистую и импульсную.

Наиболее опасная частота общей вибрации лежит в диапазоне 6-9 Гц, поскольку она совпадает с собственной частотой колебаний внутренних органов человека (всего тела -6 Гц, для желудка -8 Гц, для головы - 25 Гц, для центральной нервной системы - 250 Гц). В результате может возникнуть резонанс, который приведет к механическим повреждениям или раз­рыву внутренних органов. В положении стоя это явление может возникнуть для головы относительно основания, плечевого пояса, бедер при f =4-6 Гц, а в положении сидя - для головы - относительно плеч - при f = 4-30 Гц. Для лежачего человека область резонансных частот находится в интерва­ле 3-3,5 Гц [1]. При частоте больше 16-20 Гц вибрация сопровождается шумом. Шумовые (звуковые) эффекты присутствуют также в инфразвуковом и ультразвуковом диапазонах.

Основными параметрами, характеризующими вибрацию, являются: частота f (Гц), амплитуда смещения Аm (м), скорость V (м/с) и ускорение аm (м/с2), определяемые как

(9.1)

(9.2)

(9.3)

где ω = 2πf – частота, φ – начальная фаза.

Весь спектр частот вибраций, воспринимаемых человеком, может быть разделен (как и для шума) на октавные и тpeтьоктавные полосы частот со среднегеометрическим частотами октавных полос 1, 2, 4, 8, 16, 32, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000 Гц.

За нулевой уровень колебательной скорости принята величина V0=5∙10-8 м/с, соответствующая среднеквадратичной колебательной скорости при стандартном пороге звукового давления, равном 2∙10-5 Па.

Порог восприятия вибрации для человека значительно выше и равен 1∙10-4 м/с. За нулевой уровень колебательного ускорения принимают ве­личину а0 = 3∙10-4 м/с2. При колебательной скорости 1 м/с возникают боле­вые ощущения.

Относительные уровни виброскорости и виброускорения определяются по формулам (дБ):

(9.4)

(9.5)