Механизм вибрации. 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 в 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. 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. 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, росту заболеваемости и нередко к возникновению профессиональной патологии - вибрационной болезни.

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

Санитарно-гигиенические нормы регламентируют вибрации на рабочих местах в производственных помещениях. Для наиболее распространенных в промышленности частот вибраций (15-100 Гц) амплитуды допустимых колебаний изменяются от 0, 03 до 0, 003 мм. Защита от вибраций должна начинаться с устранения их источника путем совершенствования кинематических схем и улучшения работы механизмов следующими методами:

- cтатическая и динамическая балансировка - устранение дисбаланса вращающихся масс (деталей) оборудования;

- виброизоляция - снижение уровня вибрации путем уменьшения передачи колебаний от источника колебаний к объекту. Ее осуществляют посредством введения в колебательную систему дополнительной упругой связи, препятствующей передаче вибраций от машины к основанию.

Показателем эффективности виброизоляции является коэффициент передачи μ, который показывает, какая доля динамической силы, возбуждаемой машиной, передается через амортизаторы на основание:

.

Чем это отношение меньше, тем лучше виброизоляция. Хорошая виброизоляция достигается при КП = 1/8-1/15. Коэффициент передачи:

, где f - частота вынужденных колебаний; f₀ - частота собственных колебаний (); q - жесткость виброизоляторов (сила для их деформации на единицу длины); m - масса агрегата.

При f = f₀ наступает резонанс!

Амортизаторы бывают следующих типов: резиновые, пружинные, газовые, гидравлические, комбинированные и др.;

- вибропоглощение и виброгашение. Вибропоглощение - нанесение на вибрационную поверхность упруго-вязких демпфирующих материалов, обладающим большим внутренним трением (резина, мастика, пластики).

Виброгашение - создание добавочной колеблющейся системы с динамической частотой, равной частоте возмущающей силы, но с реакциями, противоположными ей (рис. 2).

Для снижения вибрации возможно применение ударных виброгасителей маятникового, пружинного и плавающего типов, а также виброгасителей камерного типа. Ориентировочно маятниковые ударные виброгасители используют для гашения колебаний с частотой 0, 4-2 Гц, пружинные - 2-10 Гц, плавающие - выше 10 Гц. Виброгасители камерного типа по конструкции аналогичны камерным глушителям шума и устанавливаются на всасывающей и нагнетательной стороне компрессоров и трубопроводов.

Динамическое виброгашение осуществляется также при установке агрегата на массивном фундаменте. Другим типом виброгасителей являются буферные емкости, служащие для превращения пульсирующего потока газа в равномерный.

Индивидуальные средства защиты от вибраций: обувь с амортизирующими подошвами (толстая мягкая резина), антивибрационные рукавицы, в которых амортизатором является прокладка из специального поролона толщиной до 12 мм.

Для контроля уровня вибраций применяют виброметр ВМ-1, прибор ВШВ-003 и др. приборы.

В программе мероприятий важная роль отводится разработке и внедрению научно обоснованных режимов труда и отдыха. Например, суммарное время контакта человека с вибрацией не должно превышать 2/3 продолжительности рабочей смены. Рекомендуется устанавливать 2 регламентируемых перерыва для активного отдыха, проведения физиопрофилактических процедур, производственной гимнастики по специальному комплексу.

Электромагнитные поля окружают нас постоянно. Однако человек различает только видимый свет. Глаз человека не различает ЭМП, длина волны которых больше или меньше длины световой волны, поэтому мы не видим излучений промышленного оборудования, радаров, радиоантенн, линий электропередач и др. Все эти устройства, излучают так называемые антропогенные ЭМП. По определению, электромагнитное поле - это особая форма материи, посредством которой осуществляется воздействие между электрическими заряженными частицами. Физические причины существования ЭМП связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле Е (В/м) порождает магнитное поле Н (А/м), а изменяющееся Н - вихревое электрическое поле. Обе компоненты Е и Н, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга (рис. 2) Векторы Е и Н бегущей ЭМВ в зоне распространения всегда взаимно перпендикулярны. При распространении в проводящей среде они связаны соотношением , B/м, где ω - частота электромагнитных колебаний; γ - удельная проводимость вещества экрана; γ - магнитная проницаемость этого вещества; k - коэффициент затухания; R - расстояние от входной плоскости экрана до рассматриваемой точки.

Электромагнитные волны характеризуются длиной волны λ. Источник, генерирующий излучение, то есть создающий электромагнитные колебания, характеризуется частотой f.

Особенностью ЭМП является его деление на «ближнюю» и «дальнюю» зоны. На практике в «ближней» зоне - зоне индукции на расстоянии от источника r < λ ЭМП можно считать квазистатическим. «Дальняя» зона (r ≥ 3 λ) - зона сформировавшейся электромагнитной волны, в которой интенсивность поля убывает обратно пропорционально расстоянию до источника r ^-1.

В зоне индукции еще не сформировалась бегущая волна, вследствие чего Е и Н не зависят друг от друга, поэтому нормирование в этой зоне ведется как по электрической, так и по магнитной составляющей поля. Это характерно для ВЧ-диапазона. В зоне излучения ЭМП характеризуется электромагнитной волной, наиболее важным параметром которой является плотность потока мощности (ППМ).

В «дальней» зоне излучения принимается Е = 377 Н, где 377 - волновое сопротивление вакуума, Ом. В практике санитарно-гигиенического надзора на частотах выше 300 Мгц в «дальней» зоне излучения обычно измеряется плотность потока электромагнитной энергии (ППЭ) или плотность потока мощности (ППМ) - S, Вт/м². За рубежом ППЭ обычно измеряется для частот выше 1 ГГц. ППЭ характеризует величину энергии, теряемой системой за единицу времени вследствие излучения электромагнитных волн.

Природные (естественные) источники ЭМП делятся на 2 группы. Первая - поле Земли: постоянное (основное) магнитное поле (55, 7-33, 4 А/м, причем напряженность геомагнитного поля убывает от магнитных полюсов к магнитному экватору). Процессы в магнитосфере вызывают колебания геомагнитного поля в широком диапазоне частот: от 10^-5 до 10² Гц, амплитуда может достигать сотых долей А/м. Вторая - радиоволны, генерируемые космическими источниками (Солнце, галактики и др.). В силу относительно низкого уровня излучения от космических радиоисточников и нерегулярного характера воздействия их суммарный эффект поражения биообъектов незначителен.

Человеческое тело также излучает ЭМП с частотой выше 300 ГГц с плотностью потока энергии порядка 0, 003 Вт/м². Если общая площадь поверхности среднего человеческого тела 1, 8 м², то общая излучаемая энергия составляет примерно 0, 0054 Вт.

Антропогенные источники ЭМП в соответствии с международной классификацией также делятся на 2 группы. Первая - источники, генерирующие крайне низкие и сверхнизкие частоты от 0 Гц до 3 кГц. Вторая - источники, генерирующие от 3 кГц до 300 ГГц, включая микроволны (СВЧ-излучение) в диапазоне от 300 МГц до 300 ГГц.

К первой группе относятся в первую очередь все системы производства, передачи и распределения электроэнергии. Источниками электрических полей промышленной частоты являются, например, токоведущие части действующих электроустановок: линии электропередач (ЛЭП), трансформаторные подстанции, электростанции, индукторы, конденсаторы термических установок, фидерные линии, генераторы, трансформаторы, электромагниты, соленоиды, электро- и кабельная проводки, металлокерамические магниты, офисная электро- и электронная техника, транспорт на электроприводе и др.

В различных технологиях электромагнитная энергия высокочастотного (ВЧ) и сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазонов в основном используется для процессов электротермии, то есть для нагрева материала в самом ЭМП. Данное направление является перспективным, так как оно обеспечивает большие скорости и качество обработки материалов, экологически и экономически эффективно. Это объясняется тем, что в ЭМП разогрев материала на атомном и молекулярном уровнях происходит во всем объеме сразу за счет электрических потерь, в то время как температура окружающей среды остается практически без изменения.

Вторую группу составляют функциональные передатчики (коммерческие передатчики, радиотелефоны, направленная радиосвязь, навигация, локаторы), различное технологическое оборудование, использующее СВЧ-излучение, переменные (50 Гц - 1 МГц) и импульсные магнитные поля, медицинские терапевтические и диагностические установки (20 МГц - 3 ГГц), бытовое оборудование (СВЧ-печи), средства визуального отображения информации на электронно-лучевых трубках (мониторы ПК, телевизоры и т.п.).

Применение новых технологических процессов и радиоэлектронных систем и устройств, излучающих электромагнитную энергию в окружающую среду, создает и ряд трудностей, связанных с отрицательным воздействием ЭМИ на организм человека. Установлено, что этот вид энергии воздействует на весь организм в целом, вызывая его перегрев под влиянием переменного поля, а также отрицательно влияет и на отдельные системы организма.

Нормирование ЭМИ проводится в соответствии с нормативными документами и справочными данными. Так, напряженность ЭМП радиочастот на рабочих местах не должна превышать по электрической составляющей 20 В/м в диапазоне частот 100 кГц - 30 МГц и при f = 30-300 МГц; по магнитной составляющей предельная напряженность Н_пред = 5 А/м при f = 100 кГц - 1, 5 МГц. В диапазоне СВЧ f = 300-300000 МГц допустимая плотность потока мощности (ППМ) при длительности облучения τ _обл в течение всего рабочего дня составляет 10 мкВт/см²; при σ _обл = 2 ч - 100 мкВт/см²; при τ _обл = 15-20 мин - 1000 мкВт/см² (при обязательном использовании защитных очков).

В остальное рабочее время интенсивность облучения не должна превышать 10 мкВт/см².

В случае непрерывного облучения от вращающихся и сканирующих антенн ПДУ облучения составляет 100 мкВт/см² при воздействии в течение 8 часов и 1000 мкВт/см² при облучении до 2 ч/сут.

Для лиц, профессионально не связанных с облучением, и для населения в целом ППМ не должен превышать 1 мкВт/см².

41. Основные виды средств коллективной и индивидуальной защиты от электромагнитных полей.

В зависимости от условий воздействия ЭМП, характера и местонахождения источника излучения могут быть использованы следующие способы и методы защиты: защита временем и расстоянием, снижение интенсивности излучения источника, экранирование источника, защита рабочего места от излучения, применение средств индивидуальной защиты (СИЗ).