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 в статическом состоянии.

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).

/ S /              /Г-              ^

Рис. 9.1. Простейшая колебательная система:

1 - пружина (один ее конец жестко закреплен); 2 - груз массы пг, 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.

Спектры уровней колебательной скорости являются основными характеристиками вибраций. Они бывают (как и для шума) дискретными, сплошными и смешанными (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, срвднечастотную - 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 6 дБ) 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 инфразвуко- вом и ультразвуковом диапазонах.

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

А = Amsin (wt + ф),              (9.1)

(9.2)

(9.3)

V = 2nfA, а = (2itf)2A,

где ш = 2itf - частота; ф - начальная фаза.

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

За нулевой уровень колебательной скорости принята величина V0= 5x10'8 м/с, соответствующая среднеквадратичной колебательной скорости при стандартном пороге звукового давления, равном 2х10'5 Па.

Порог восприятия вибрации для человека значительно выше и равен 1x1 O'4 м/с. За нулевой уровень колебательного ускорения принимают величину а0= ЗхЮ-4 м/с2. При колебательной скорости 1 м/с возникают болевые ощущения.

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

(9.5)

(9.4)

V

Lv = 20 lg —

La= 20 lg — a0