Вибрация — это механические колебания машин и механизмов, которые характеризуются такими параметрами, как частота, амплитуда, колебательная скорость, колебательное ускорение. Вибрацию порождают неуравновешенные силовые воздействия, возникающие при работе машин.

При изучении вибраций тела человека принято выделять общую вибрацию всего тела (передается через опорные поверхности) и локальную (передается на руки при работе с ручными машинами).

Общую вибрацию по источнику возникновения подразделяют на три категории: транспортную, транспортно-технологическую, технологическую.

Воздействие вибрации на организм человека

При изучении действия вибрации на организм человека нужно учитывать, что колебательные процессы присущи живому организму прежде всего потому, что они в нем постоянно протекают. Внутренние органы можно рассматривать как колебательные системы с упругими связями. Их собственные частоты лежат в диапазоне 3-6 Гц. При воздействии на человека внешних колебаний таких частот происходит возникновение резонансных явлений во внутренних органах, способных вызвать травмы, разрыв артерий, летальный исход. Собственные частоты колебаний тела в положении лежа составляют 3-6 Гц, стоя — 5-12 Гц, грудной клетки — 5- 8 Гц. Воздействие на человека вибраций таких частот угнетает центральную нервную систему, вызывая чувство тревоги и страха.

Воздействие производственной вибрации на человека вызывает изменения как физиологического, так и функционального состояния организма человека. Изменения в функциональном состоянии организма проявляются в повышении утомляемости, увеличении времени двигательной и зрительной реакции, нарушении вестибулярных реакций и координации движений. Все это ведет к снижению производительности труда. Изменения в физиологическом состоянии организма — в развитии нервных заболеваний, нарушении функций сердечно-сосудистой системы, нарушении функций опорно-двигательного аппарата, поражении мышечных тканей и суставов, нарушении функций органов внутренней секреции. Все это приводит к возникновению вибрационной болезни.

В последнее время принято различать три формы вибрационной болезни: периферическую — возникающую от воздействия вибрации на руки (спазмы периферических сосудов, приступы побеления пальцев рук на холоде, ослабление подвижности и боль в руках в покое и ночное время, потеря чувствительности пальцев, гипертрофия мышц); церебральную — от преимущественного воздействия вибрации на весь организм человека (общемозговые сосудистые нарушения и поражение головного мозга); смешанную — при совместном воздействии общей и локальной вибрации.

Вредность вибрации усугубляется одновременным воздействием на работающих пониженной температуры воздуха рабочей зоны, повышенного уровня шума, охлаждения рук рабочего при работе с ручными машинами, запыленности воздуха, неудобной позы и др.

Гигиеническое нормирование вибрации

Основу гигиенического нормирования вибрации составляют критерии здоровья человека при воздействии на него вибрации с учетом напряженности и тяжести труда. Основная цель нормирования вибрации на рабочих местах — это установление допустимых значений характеристик вибрации, которые при ежедневном систематическом воздействии в течение всего рабочего дня и многих лет не могут вызвать существенных заболеваний организма человека и не мешают его нормальной трудовой деятельности.

Основным документом, регламентирующим уровень вибрации на рабочих местах, является СН 2.2.4/2.1.8.566-96 “Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий”. В этом документе приведены предельно допустимые значения колебательной скорости, колебательного ускорения и их уровней в октавных и третьоктавных полосах частот для локальной и общей вибрации в зависимости от источника возникновения, направления действия.

Способы защиты от вибрации и профилактика вибрационной болезни

К способам борьбы с вибрацией относятся снижение вибрации в источнике (улучшение конструкции машин, статическая и динамическая балансировка вращающихся частей машин), виброгашение (увеличение эффективной массы путем присоединения машины к фундаменту), виброизоляция (применение виброизоляторов пружинных, гидравлических, пневматических, резиновых и др.) вибродемпфирование (применение материалов с большим внутренним трением), применение индивидуальных средств защиты (виброзащитные обувь, перчатки со специальными упруго-демпфирующими элементами, поглощающими вибрацию).

Вибрация как производственная вредность представляет собой механические колебательные движения, непосредственной передаваемые телу человека или отдельным его участкам. Вследствие механизации многих видов работ и использования пневматических и электрических инструментов значение её резко возросло, и в настоящее время вибрационная болезнь среди профессиональных заболеваний занимает одно из первых мест.

В отношении опасности вибрационной болезни наибольшее значение имеет вибрация с частотой 16-250 Гц.

Принято различать местную (локальную) и общую вибрацию: первая передается на руки или другие ограниченные участки тела, вторая – всему организму (пребывание на колеблющейся платформе, сиденьи).

Действие вибрации на рабочих нередко сочетается с влиянием других производственных вредностей: шума, охлаждающего микроклимата, неудобного положения тела.

Влияние вибрации на организм. Вибрация в зависимости от её параметров (частота, амплитуда) может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на отдельные ткани и организм в целом. С физиотерапевтической целью вибрацию используют для улучшения трофики, кровообращения в тканях при лечении некоторых заболеваний. Однако производственная вибрация, передаваясь здоровым тканям и органам и имея значительную амплитуду и продолжительность действия, оказывается вредно влияющим фактором.

Вибрация вызывает прежде всего нейротрофические и гемодинамические нарушения. В сосудах мелкого калибра (капилляры, артериолы) возникают спастико-атонические состояния, возрастает их проницаемость, нарушается нервная регуляция. Изменяется вибрационная, температурная и болевая чувствительность кожи. При работе с ручным механизированным инструментом может возникнуть симптом «мёртвого пальца»: потеря чувствительности, побеление пальцев, кистей рук. Рабочие жалуются на зябкость рук, ноющие боли в них после работы и по ночам. Кожные покровы между приступами имеют мраморный вид, цианотичны. В некоторых случаях обнаруживаются отечность, изменение кожи на кистях (трещины, огрубение), гипергидроз ладоней. Характерны костно-суставные и мышечные изменения. Дистрофические процессы вызывают изменение структуры костей (остеопороз, разрастания и др.), атрофию мышц. Возможна деформация кистевого, локтевого, плечевого суставов с нарушением опорно-двигательной функции.

Заболевание носит общий характер, о чем свидетельствуют быстрая утомляемость, головные боли, головокружение, повышенная возбудимость. Возможны жалобы на боли в области сердца и желудка, повышенную жажду: похудание, бессонницу. Астено-вегетативный синдром сопровождается сердечно-сосудистыми нарушениями: гипотонией, брадикардией, изменениями ЭКГ. При врачебном осмотре могут быть выявлены изменения кожной чувствительности, тремор рук, языка и век.

При воздействии общей вибрации более выражены изменения со стороны центральной нервной системы: жалобы на головокружение, шум в ушах, сонливость, боли в икроножных мышцах. Объективно выявляются изменения ЭЭГ, условных и безусловных рефлексов, ухудшение памяти, нарушение координации движений. Наблюдается возрастание энерготрат и похудание. Чаще, чем при действии локальной вибрации, выявляются вестибулярные расстройства. В сочетании с шумом вибрация ведет к изменению слуха. При этом характерно ухудшение восприятия звуков не только высоких, но и низких частот. Иногда выявляются зрительные расстройства: изменение цветоощущения, границ поля зрения, снижение остроты зрения. Со стороны сердечно-сосудистой системы наблюдается неустойчивость артериального давления, преобладание гипертонических явлений, а иногда резкое падение артериального давления к концу работы. Возможны случаи спазма коронарных сосудов, развития миокардиодистрофии. Поражения костно-суставного аппарата преимущественно локализуются в ногах и позвоночнике. Действие общей вибрации может способствовать расстройствам функционального состояния внутренних органов, появлению болей в желудке, отсутствию аппетита, тошноте, частому мочеиспусканию. Патологические изменения в органах малого таза могут сопровождаться у мужчин импотенцией, у женщин – нарушением менструального цикла, опущением органов малого таза, повышенной гинекологической заболеваемостью.

Начальные формы вибрационной болезни легче поддаются обратному развитию после временного прекращения контакта с источниками вибрации, внедрения рационального режима труда, использования массажа, водных процедур и др. В более поздних стадиях болезни необходимо длительное лечение и полное устранение действия вибрации во время работы.

Теоретически, казалось бы, безразлично, каким инструментом вызывается вибрация: при прочих равных условиях основную роль играют её параметры. В принципе так дело и обстоит, но это верно лишь «при прочих равных условиях». В действительности же характер профессии определяет некоторые особенности в протекании болезни, например, более остро развивается какой-либо локальный процесс. Так, как отмечают исследователи Японии, у шоферов грузовых машин широко распространены желудочные заболевания. Известно также, что у водителей трелёвочных тракторов на лесозаготовках симптомы вибрационной болезни сопровождаются радикулитом. У пилотов, особенно работающих на вертолетах, часто наблюдается потеря остроты зрения. Как показано в специальных исследованиях, однократная, причём кратковременная – порядка 20-30 мин. вибрация, увеличивает время решения элементарных задач, т.е. ухудшает внимание и умственную деятельность, при этом до 30 % решений оказывается ошибочным.

В исследованиях была выявлена очень важная биологическая закономерность. Оказывается, что ослабление внимания наблюдается только при определённых частотах порядка 10-12 Гц, другие же частоты, выше и ниже, но с тем же ускорением, подобных изменений не вызывают. Эта закономерность даёт ключ к выяснению особенностей заболеваний вибрационной болезнью, связанных с той или иной производственной деятельностью. Каждая машина или агрегат генерирует наряду с массой побочных частот (гармоник) одну основную для данной машины. Эта частота и определяет специфику заболеваний.

Если вибрация частотой выше 15 Гц (особенно частотой 60-90 Гц) воздействует на человека вдоль его туловища в направлении вертикальной оси, то острота зрения снижается, способность следить за колебательными движениями объекта утрачивается уже на частотах 1-2 Гц и почти исчезает при 4 Гц. Из этого простого примера видно, какую опасность представляет транспортная вибрация: шоферы, летчики, водители других транспортных средств перестают различать движущиеся объекты.

Частота вибрации, вызванная неровностями дороги и несовершенством наземного транспорта, лежит в диапазоне до 15 Гц, т.е. представляет собой реальную опасность и может послужить причиной аварий.

Вибрация нарушает речь человека. При частотах от 4 до 10 Гц речь искажается, а иногда прерывается. Для сохранения отчетливой и правильной речи нужна специальная тренировка, так как разборчивую речь трудно поддерживать при уровне вибрации 0,3 дБ. Легко понять, как это отражается на связи летчиков и космонавтов с наземными пунктами управления.

У летчиков, шоферов, машинистов возникают те же признаки вибрационной болезни, что и у рабочих. Особенно тяжелыми бывают заболевания у пилотов вертолётов. В полёте возникают низкочастотные колебания, которые плохо гасятся телом человека и разрушающе действуют на весь организм, прежде всего на нервную систему. Нарушения нервной и сердечно-сосудистой деятельности у лётчиков встречаются почти в 4 раза чаще, чем у представителей других профессий, и вибрация здесь играет немалую роль.

Переносимость вибрации и звука

Существует довольно распространенное мнение, что вибрация является фактором, не столь радикально действующим на биологическую судьбу объекта по сравнению, например, с термическими и радиационными, действие которых, безусловно, приводит к гибели.

Вибрация может прямым путем мешать выполнению рабочих операций или косвенно отрицательно влиять на работоспособность человека. Ряд авторов рассматривают вибрацию как сильный стресс-фактор, оказывающий отрицательное влияние на психомоторную работоспособность, эмоциональную сферу и умственную деятельность человека и повышающий вероятность возникновения несчастных случаев.

За последние годы установлено, что вибрация, как и шум, действует на организм человека энергетически, поэтому ее стали характеризовать спектром по колебательной скорости, измеряемой в сантиметрах в секунду или как и шум, в децибелах; за пороговую величину вибрации условно принята скорость в 5х10-6 см/сек. Вибрация воспринимается (ощущается) лишь при непосредственном соприкосновении с вибрирующим телом или через другие твердые тела, соприкасающиеся с ним. При соприкосновении с источником колебаний, генерирующим (издающим) звуки наиболее низких частот (басовые), наряду со звуком воспринимается и сотрясение, то есть вибрация.

В зависимости от того, на какие части тела человека распространяются механические колебания, различают местную и общую вибрацию. При местной вибрации сотрясению подвергается лишь та часть тела, которая непосредственно соприкасается с вибрирующей поверхностью, чаще всего руки (при работе с ручными вибрирующими инструментами или при удержании вибрирующего предмета, детали машины и т. п.). Иногда местная вибрация передается на части тела, сочлененные с подвергающимися непосредственно вибрации суставами. Однако амплитуда колебаний этих частей тела обычно ниже, так как по мере передачи колебаний по тканям, и тем более мягким, они постепенно затухают. Общая вибрация распространяется на все тело и происходит, как правило, от вибрации поверхности, на которой находится рабочий (пол, сиденье, виброплатформа и т. п.).

При воздействии вестибулярных раздражителей, к которым относится вибрация, нарушаются восприятие и оценка времени, снижается скорость переработки информации. В ряде работ показано, что низкочастотная вибрация вызывает нарушение координации движения, причем наиболее выраженные изменения отмечаются при частотах 4-11 Гц.

Длительное влияние вибрации приводит к стойким патологическим нарушениям в организме работающих. Всесторонний анализ этого патологического процесса послужил основанием для выделения его в качестве самостоятельной нозологической формы профессионального заболевания - вибрационной болезни.

Вибрационная болезнь продолжает занимать одно из ведущих мест среди всех профессиональных заболеваний. Причиной этого является как использование ручных машин, не отвечающих требованиям санитарных норм, так и развивающаяся специализация труда, ведущая к увеличению времени воздействия на организм вибрации. Опасность развития вибрационной болезни возрастает с увеличением интенсивности и длительности действия вибрации; при этом существенное значение имеет индивидуальная чувствительность. Вредное действие вибрации усиливают шум, охлаждение, переутомление, значительное мышечное напряжение, алкогольное опьянение и др. Условно различают местную вибрацию, действующую преимущественно на руки работающих, и общую, когда при колебании пола, сиденья (рабочего места) действию вибрации подвергается весь организм. Для вибрационной болезни, обусловленной местной вибрации, характерны жалобы на боли в руках, чаще по ночам, побеление пальцев на холоде, повышенная зябкость рук, общее недомогание раздражительность, возможны боли в области сердца. Основное клиническое проявление болезни - нарушение кровообращения в периферических сосудах. Вначале сосудистые нарушения обнаруживаются преимущественно на той руке, которая больше подвергается воздействию вибрации. Но по мере прогрессирования заболевания процесс распространяется не только на сосуды другой руки, но и на сосуды стоп, сердца, мозга. Заболевание сопровождается болями и нарушением чувствительности в руках, а нередко и в ногах. Особенно сильно страдает болевая чувствительность, снижается температура кожи на кистях и стопах. Степень снижения чувствительности возрастает с увеличением длительности и тяжести заболевания. Нарушаются функции эндокринных желез, внутренних органов, обменные процессы. При воздействии вибрации с большой амплитудой возникают нарушения в мышцах, связках, суставах, костях. Больные жалуются на слабость, быструю утомляемость, раздражительность, головные боли, плохой сон.

Установлено, что вибрационная болезнь может длительное время протекать компенсированно, в течение этого периода больные сохраняют трудоспособность и не обращаются за врачебной помощью.

К основным проявлениям вибрационной болезни относятся нейрососудистые расстройства. Они проявляются раньше всего на руках и сопровождаются интенсивными болями после работы и по ночам, снижением всех видов видов кожной чувствительности, слабостью в кистях рук. Нередко наблюдается так называемой феномен "мертвых" или белых пальцев. Одновременно развиваются мышечные и костные (вплоть до дегенеративно-дистрофических) изменения, а также расстройства нервной системы по типу неврозов.

В отличие от местной при общей вибрации возникают клинические симптомы, связанные с расстройствами деятельности мозга. При этом особенно часто страдает вестибулярный аппарат, появляются головные боли, головокружения. По степени выраженности патологического процесса выделяют 4 стадии заболевания:

I - начальная,
II - умеренно выраженная,
III - выраженная,
IV - генерализованная (встречается крайне редко).

Помимо стадий, отмечают наиболее типичные синдромы: ан-гиодистонический, ангиоспастический, вегетативного полиневрита, невротический, вегетомиофасцита, диэнцефальный и вестибулярный.

Низкочастотная общая вибрация, особенно резонансного диапазона, вызывая длительную травматизацию межпозвоночных дисков и костной ткани, смещение органов брюшной полости, изменения моторики гладкой мускулатуры желудка и кишечника, может приводить к болевым ощущениям в области поясницы, возникновению и прогрессированию дегенеративных изменений позвоночника, заболеваний хроническим пояснично-крестцовым радикулитом, хроническим гастритом.

У женщин, подвергающихся длительному воздействию общей вибрации, отмечается повышенная частота гинекологических заболеваний, самопроизвольных абортов, преждевременных родов. Низкочастотная вибрация вызывает у женщин нарушение кровообращения органов малого таза.

При рассмотрении особенностей действия общей вибрации надо иметь в виду, что тело человека представляет собой сочетание различных масс с упругими элементами, имеющими собственные колебания разной частоты. Под влиянием вибрации в ряде случаев может произойти явление резонанса, когда амплитуда колебаний отдельных частей или органов тела увеличивается в несколько раз по сравнению с амплитудой вибрации того или иного внешнего источника. Для человека в положении лежа резонансная частота находится в пределах 3-3,5 Гц, для сидящего - на частотах 4-6 Гц, а для стоящего на вибрирующей площадке имеется два резонансных пика - на частотах 5-7 и 17-25 Гц. Явления резонанса для тканей головы наступают в области 20-30 Гц (в этом диапазоне частот амплитуда колебаний головы может превышать амплитуду колебаний плеч в 3 раза).

Ткани человека обладают различной способностью к передаче вибрации. Наилучшим проводником вибрации являются кости, мягкие ткани. Суставы же являются эффективными гасителями колебаний. С повышением частоты вибрации амплитуда колебаний частей тела по мере удаления от точки приложения уменьшается. Так, например, в диапазоне частот 50-70 Гц до головы доходит около 10% энергии передаваемой вибрации человеку, находящегося на виброплатформе. Вибрация частотой более 100 Гц практически не передается по телу человека и является большей частью местной.

Органы, непосредственно воспринимающие вибрации, делятся на две группы. К первой относятся органы равновесия (вестибулярный аппарат), находящиеся во внутреннем ухе. Взаимодействуя с соответствующими связями в мозгу, они работают как интегральный измеритель угловых и линейных ускорений. Информация, посылаемая в мозг органами равновесия, находящимися под влиянием вибраций, может оказаться искаженной, дезориентирующей, а в некоторых случаях раздражающей и вызывающей у человека состояние болезни. Силы и перемещения, вызываемые вибрацией, улавливаются большим числом механорецепторов во всем организме. Некоторые из них, находящиеся в мышцах и сухожилиях, сигнализируют о положении тела и действующих на него нагрузках. Они взаимодействуют с отделом центральной нервной системы, регулирующим положение тела и его движение. Эти рецепторы реагируют на любые изменения, в том числе низкочастотные.

Ко второй группе относятся рецепторы, расположенные в коже и соединительных тканях. Они выполняют функции осязания, реагируя на более высокие частоты (около 30 Гц). Вибрации оказывают определенное влияние на организм также через органы зрения и слуха.

Результаты опытов

Сложилось убеждение, что биологический эффект вибрации накапливается в результате длительного или многократно повторяемого ее действия. Основания для этого имеются. Насколько нам известно, еще не зарегистрировано ни одного случая смертельного исхода действия вибрации на человека. Однако при ближайшем рассмотрении механизма биологического действия вибрации смертельный исход объекта не только теоретически возможен, но уже многократно наблюдался в экспериментах на животных. Еще в 30-х гг. японский исследователь Суеда М. провел обширное исследование действия вибрации на различные функциональные системы лабораторных животных. Было установлено, что низкочастотная вибрация - 140 колебаний в минуту - приводит к смертельному исходу кроликов. По данным автора, горизонтальная вибрация является более опасной, чем вертикальная.

Аналогичные результаты наблюдаются в опытах на крысах. Скорость гибели животных повышалась с увеличением амплитуды колебаний. В серии экспериментов было показано, что смертельный исход от действия вибрации наступает в результате смещений органов. Каждый орган обладает своей массой, своими динамическими свойствами, и в силу этого при вибрации животного, как, впрочем, и человека, в той или иной области возникает явление резонанса. Многими авторами было показано, что, например, вибрация человека в положении сидя вызывает резонанс при 5 Гц, стоя - при 11 Гц; голова - 20 Гц, грудь, живот - 8 Гц. Эти исследования объясняют многие явления, связанные с вибрацией: например, случаи, когда при вибрации пилот теряет способность прочитать показания прибора. Как оказалось, это наблюдается при резонансной частоте 24 Гц. Становится понятной и причина смертности животных. Чтобы исключить всякого рода нервные влияния на конечный результат вибрации, животных анестезируют, а затем подвергают вибрации. Оказалось, что лишь частоты 18-25 Гц вызывают быструю гибель мышей, другие частоты подобного эффекта не вызывают. Вскрытие показало, что смерть наступает от кровоизлияния в легких и желудочно-кишечном тракте. Высокая смертность крыс наблюдалась при вибрации с частотой 10-45 Гц; при гибели животных от вибрации обнаружено кровоизлияние в легких.

С теоретической и практической точек зрения представляет большой интерес серия исследований комбинированного действия вибрации и радиации. Каждый из этих факторов имеет свою мишень действия: радиация - компоненты клетки, главным образом нуклеопротеиды; вибрация - структуру клетки и субклеточных образований. В этом их специфичность действия на клетки. Однако реакция клетки, как часто можно наблюдать, кажется однозначной. Это обстоятельство дало повод к широкому выводу о существовании неспецифической реакции клетки в ответ на самые различные виды воздействия: механические, химические, радиационные и др. Но идея неспецифической реакции клеток справедлива лишь на уровне последнего этапа ее бытия - на грани жизни - паранекрозе. Начальный этап действия этих факторов и соответствующая им реакция сугубо специфичны и представляют особый интерес для биологов. К сожалению, исследование реакций клетки и в микроинтервалах времени, и на уровне ультраструктуры в ответ на действие хотя бы этих двух факторов представляет серьезные методические трудности. Может быть, в силу этих трудностей проблема комбинированного действия разных факторов на биологические системы пока что изучена крайне слабо.

В результате исследований комбинированного действия на животных вибрации и радиации было установлено, что конечный результат комбинированного действия этих факторов зависит от интенсивности каждого из них, от последовательности действия, а также от интервала времени между факторами. Так, при облучении мышей после вибрации с частотой 70 Гц их смертность повышается. Напротив, если вначале облучать животное, а потом подвергнуть его вибрации, то смертность не повышается. Что происходит в клетке после облучения, в результате которого вибрация оказывается неэффективной, - мы не знаем. Мы не знаем также, что происходит в клетке через 5 сут. после вибрации, когда последующее облучение резко повышает смертность животных. Общий вывод заключается в том, что при определенных условиях комбинированное действие вибрации и радиации увеличивает смертность животных либо сокращает продолжительность их жизни. Это далеко не банальный, само собой разумеющийся вывод о том, что два фактора, конечно же, действуют эффективнее, чем один. Физиологам, однако, известны явления синергизма и антагонизма. Вполне возможно, что при совместном действии вибрации и радиации могут быть случаи и синергизма, и антагонизма. К сожалению, причины этого остаются за пределами наших знаний.

Высокая смертность кошек наблюдается при вибрации их с частотами 6-12 Гц и с ускорением 15-20 g - животные не выдерживают более 20 мин. По мнению ряда авторов, смерть наступает в результате деструкции в области сердца и легких. В исследованиях на кошках применялась несколько необычная методика. Допускали возможность ударения животных о стенки клетки при вибрации. Чтобы исключить эту возможность, животных погружали в сосуд с водой. Допускалась также, и вполне резонно, возможность влияния с рецепторов, и, разумеется, не только с рецепторов поверхности, но и с интерорецепторов. Для устранения и этих влияний животных наркотизировали. Условия вибрации: частота 2-50 Гц, амплитуда до 0.4 мм, время от 5 до 120 мин. Результаты опытов показали, что максимальная гибель животных наблюдается при вибрации с частотами 12 и 18 Гц и с ускорением в 15 g. Если применялась вибрация с частотой 12 Гц, животное погибало через 37 мин, а с частотой 18 Гц - через 60 мин. Интересно, что каких-либо значительных изменений в электрокардиограмме животных не наблюдалось. Наибольшие патологические изменения были обнаружены в легких. При ускорении в 15 g уже через 5 мин действия вибрации в легких наблюдаются резкие изменения.

Нами также были проведены исследования переносимости вибрации животными. Мыши подвергались вертикальной вибрации с частотами от 10 до 50 Гц и амплитудой 4-6 мм. Гибель животных наблюдалась при вибрации с частотой 25 Гц. Вскрытия показали, что уже через 10 мин вибрации обнаруживаются обширные очаги кровоизлияний в печени, легких и кишечнике, что в конечном счете и является причиной гибели животных. Естественно, эта опасность увеличивается еще и под влиянием сопутствующих факторов: температура окружающей среды, газовый состав, повышенный уровень шума и другие трудно учитываемые факторы, а для человека еще и моральное состояние его, социальный микроклимат.

Летальный исход действия вибрации становится, как уже отмечалось, более вероятным при ее сочетании с влиянием других физических факторов. Так, смертность крыс от вибрации повышается с падением парциального давления кислорода, связанным с увеличением высоты над уровнем моря. Показано также, что начиная с 3000 м над ур. м. смертность крыс резко возрастает. Увеличение напряжения кислорода положения не спасает. При подъеме животных до 6000 м гибель их происходит в 100% случаев. В одной из серий опытов исследовалась роль атмосферного давления в выносливости животных к вибрации. Оказалось, что само по себе понижение атмосферного давления не влияет на выживание животных, однако действие вибрации в этих случаях становится уже летальным. Вскрытие животных, погибших в этих условиях, показывает наличие обширных очагов кровоизлияния в различных органах.



Вибрация - механические колебания механизмов, машин или в соответствии с ГОСТ 12.1.012-78 вибрацию классифицируют следующим образом.

По способу передачи на человека вибрацию подразделяют на общую, передающуюся через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека, и локальную, передающуюся через руки человека.

По направлению различают вибрацию, действующую вдоль осей ортогональной системы координат для общей вибрации, действующую вдоль всей ортогональной системы координат для локальной вибрации.

По источнику возникновения вибрацию подразделяют на транспортную (при движении машин), транспортно-технологическую (при совмещении движения с технологическим процессом, мри разбрасывании удобрений, косьбе или обмолоте самоходным комбайном и т. д.) и технологическую (при работе стационарных машин)

Вибрация характеризуется частотой f, т.е. числом колебаний и секунду (Гц), амплитудой А, т.е. смещением волн, или высотой подъема от положения равновесия (мм), скоростью V (м/с) и ускорением. Весь диапазон частот вибраций также разбивается на октавные полосы: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 63 125, 250, 500, 1000, 2000 Гц. Абсолютные значения параметров, характеризующих вибрацию, изменяются в широких пределах, по этому используют понятие уровня параметров, представляющего собой логарифмическое отношение значения параметра к опорному или пороговому его значению.

Действие вибрации на организм человека

При работе в условиях вибраций производительность труда снижается, растет число травм. На некоторых рабочих местах в сельскохозяйственном производстве вибрации превышают нормируемые значения, а в некоторых случаях они близки к предельным. Не всегда соответствуют нормам уровни вибраций на органах управления. Обычно в спектре вибрации преобладают низкочастотные вибрации, отрицательно действующие на организм. Некоторые виды вибрации неблагоприятно воздействуют на нервную и сердечнососудистую системы, вестибулярный аппарат. Наиболее вредное влияние на организм человека оказывает вибрация, частота которой совпадает с частотой собственных колебаний отдельных органов, примерные значения которых следующие (Гц): желудок - 2...3; почки - 6...8; сердце - 4...6; кишечник - 2...4; вестибулярный аппарат - 0,5..Л,3; глаза - 40...100 и т.д.

Воздействие на мускульные рефлексы достигает 20 Гц; нагруженное массой оператора сиденье на тракторе имеет собственную частоту вибрации 1,5...1,8 Гц, а задние колеса трактора - 4 Гц. Организму человека вибрация передается в момент контакта с вибрирующим объектом: при действии на конечности возникает локальная вибрация, а на все тело - общая. Локальная вибрация поражает нервно-мышечные ткани и опорно-двигательный аппарат и приводит к спазмам периферических сосудов. При длительных и интенсивных вибрациях в некоторых случаях развивается профессиональная патология (к ней чаще приводит локальная вибрация): периферическая, церебральная или церебрально-периферическая вибрационная болезнь. В последнем случае наблюдаются изменения сердечной деятельности, общее возбуждение или, наоборот, торможение, утомление, появление болей, ощущение тряски внутренних органов, тошнота. В этих случаях вибрации влияют и на костно-суставной аппарат, мышцы, периферийное кровообращение, зрение, слух. Местные вибрации вызывают спазмы сосудов, которые развиваются с концевых фаланг пальцев, распространяясь на всю кисть, предплечье, и охватывают сосуды сердца.

Тело человека рассматривается как сочетание масс с упругими элементами. В одном случае это все туловище с нижней частью позвоночника и тазом, в другом - верхняя часть туловища в сочетании с верхней частью позвоночника, наклоненной вперед. Для стоящего на вибрирующей поверхности человека существуют 2 резонансных пика на частотах 5…12 и 17…25 ГЦ, для сидящего на частотах 4…6 ГЦ. Для головы резонансные частоты находятся в области 20…30 Гц. В этом диапазоне частот амплитуда колебаний головы может превышать амплитуду колебаний плеч в 3 раза. Колебания внутренних органов, грудной клетки и брюшной полости обнаруживают резонанс на частотах 3,0...3,5 Гц.

Максимальная амплитуда колебаний брюшной стенки наблюдается на частотах 7...8 Гц. С увеличением частоты колебаний их амплитуда при передаче по телу человека ослабляется. В положении стоя и сидя эти ослабления на костях таза равны 9 дБ на октаву изменения частоты, на груди и голове - 12дБ, на плече - 12...14 дБ. Эти данные не распространяются на резонансные частоты, при воздействии которых происходит не ослабление, а увеличение колебательной скорости.

В производственных условиях ручные машины, вибрация которых имеет максимальные уровни энергии (максимальный уровень виброскорости) в полосах низких частот (до 36 Гц), вызывают вибрационную патологию с преимущественным поражением нервно-мышечной ткани и опорно-двигательного аппарата. При работе с ручными машинами, вибрация которых имеет максимальный уровень энергии в высокочастотной области спектра (выше 125 Гц), возникают главным образом сосудистые расстройства. При воздействии вибрации низкой частоты заболевание возникает через 8... 10 лет, а при воздействии высокочастотной вибрации - через 5 лет и раньше. Общая вибрация разных параметром вызывает различную степень выраженности изменений нервно и системы (центральной и вегетативной), сердечнососудистой системы и вестибулярного аппарата.

В зависимости от параметров (частота, амплитуда) вибрация может как положительно, так и отрицательно влиять на отдельные ткани и организм в целом. Вибрацию используют при лечении некоторых заболеваний, но чаще всего вибрацию (производственную) считают вредно влияющим фактором. Поэтому важно знать граничные характеристики, разделяющие позитивное и негативное влияние вибрации на человека. Впервые на полезное значение вибрации обратил внимание французский ученый аббат Сен Пьер, который в 1734 г. сконструировал вибрирующее кресло для домоседов, повышающее мышечный тонус и улучшающее циркуляцию крови. В начале XX в. в России профессор Военно-медицинской академии А.Е. Щербак доказал, что умеренная вибрация улучшает питание тканей и ускоряет заживление ран.

Производственная вибрация, характеризующаяся значительной амплитудой и продолжительностью действия, вызывает у работающих раздражительность, бессонницу, головную боль, ноющие боли в руках людей, имеющих дело с вибрирующим инструментом. При длительном воздействии вибрации перестраивается костная ткань: на рентгенограммах можно заметить полосы, похожие на следы перелома - участки наибольшего напряжения, где размягчается костная ткань. Возрастает проницаемость мелких кровеносных сосудов, нарушается нервная регуляция, изменяется чувствительность кожи. При работе с ручным механизированным инструментом может возникнуть акроасфиксия (симптом мертвых пальцев) - потеря чувствительности, побеление пальцев, кистей рук. При воздействии общей вибрации более выражены изменения со стороны центральной нервной системы: появляются головокружения, шум в ушах, ухудшение памяти, нарушение координации движений, вестибулярные расстройства, похудение.

Основные параметры вибрации: частота и амплитуда колебаний. Колеблющаяся с определенной частотой и амплитудой точка движется с непрерывно меняющимися скоростью и ускорением: они максимальны в момент ее прохождения через исходное положение покоя и снижаются до нуля в крайних позициях. Поэтому колебательное движение характеризуется также скоростью и ускорением, представляющими собой производные от амплитуды и частоты. Причем органы чувств человека воспринимают не мгновенное значение параметров вибрации, а действующее.

Вибрацию часто измеряют приборами, шкалы которых отградуированы не в абсолютных значениях скорости и ускорения, а в относительных - децибелах. Поэтому характеристиками вибрации служат также уровень колебательной скорости и уровень колебательного ускорения. Рассматривая человека как сложную динамическую структуру с изменяющимися во времени параметрами, можно выделить частоты, вызывающие резкий рост амплитуд колебаний как всего тела в целом, так и отдельных его органов. При вибрации ниже 2 Гц, действующей на человека вдоль позвоночника, тело движется как единое целое. Резонансные частоты мало зависят от индивидуальных особенностей людей, так как основной подсистемой, реагирующей на колебания, являются органы брюшной полости, вибрирующие в одной фазе. Резонанс внутренних органов наступает при частоте З...3,5 Гц, а при 4...8 Гц они смещаются.

Если вибрация действует в горизонтальной плоскости по оси, перпендикулярной позвоночнику, то резонансная частота тела обусловлена сгибанием позвоночника и жесткостью тазобедренных суставов. Область резонанса для головы сидящего человека соответствует 20…30 Гц. В этом диапазоне амплитуда виброускорения головы может втрое превышать амплитуду колебаний плеч. Качество зрительного восприятия предметов значительно ухудшается при частоте 60…70 Гц, что соответствует резонансу глазных яблок.

Исследователи Японии установили, что характер профессии определяет некоторые особенности действия вибрации. Например, у шоферов грузовых машин широко распространены желудочные заболевания, у водителей трелевочных тракторов на лесозаготовках - радикулиты, у пилотов, особенно работающих на вертолетах, наблюдается снижение остроты зрения. Нарушения нервной и сердечнососудистой деятельности у летчиков возникают в 4 раза чаще, чем у представителей других профессий.

Методы и средства защиты от вибрации

Для защиты от вибрации применяют следующие методы: снижение виброактивности машин; отстройка от резонансных частот; вибродемпфирование; виброизоляция; виброгашение, а также индивидуальные средства защиты. Снижение виброактивности машин (уменьшение Fm) достигается изменением технологического процесса, применением машин с такими кинематическими схемами, при которых динамические процессы, вызываемые ударами, ускорениями и т. п. были бы исключены или предельно снижены, например, заменой клепки сваркой; хорошей динамической и статической балансировкой механизмов, смазкой и чистотой обработки взаимодействующих поверхностей; применением кинематических зацеплений пониженной виброактивности, например, шевронных и косозубых зубчатых колес вместо прямозубых; заменой подшипников качения на подшипники скольжения; применением конструкционных материалов с повышенным внутренним трением.

Отстройка от резонансных частот заключается в изменении режимов работы машины и соответственно частоты возмущающей вибросилы; собственной частоты колебаний машины путем изменения жесткости системы с, например, установкой ребер жесткости или изменения массы системы (например путем закрепления на машине дополнительных масс).

Вибродемпфирование - это метод снижения вибрации путем усиления в конструкции процессов трения, рассеивающих колебательную энергию в результате необратимого преобразования ее в теплоту при деформациях, возникающих в материалах, из которых изготовлена конструкция. Вибродемпфирование осуществляется нанесением на вибрирующие поверхности слоя упруговязких материалов, обладающих большими потерями на внутреннее трение,- мягких покрытий (резина, пенопласт ПХВ-9, мастика ВД 17-59, мастика "Анти-вибрит") и жестких (листовые пластмассы, стеклоизол, гидроизол, листы алюминия); применением поверхностного трения (например, прилегающих друг к другу пластин, как у рессор); установкой специальных демпферов.

Виброгашение (увеличение массы системы) осуществляют путем установки агрегатов на массивный фундамент. Виброгашение наиболее эффективно при средних и высоких частотах вибрации. Этот способ нашел широкое применение при установке тяжелого оборудования (молотов, прессов, вентиляторов, насосов и т. п.).

Повышение жесткости системы, например путем установки ребер жесткости. Этот способ эффективен только при низких частотах вибрации.

Виброизоляция заключается в уменьшении передачи колебаний от источника к защищаемому объекту при помощи устройств, помещаемых между ними. Для виброизоляции чаще всего применяют виброизолирующие опоры типа упругих прокладок, пружин или их сочетания. Эффективность виброизоляторов оценивают коэффициентом передачи КП, равным отношению амплитуды виброперемещения, виброскорости, виброускорения защищаемого объекта, или действующей на него силы к соответствующему параметру источника вибрации. Виброизоляция только в том случае снижает вибрацию, когда КП < 1. Чем меньше КП, тем эффективнее виброизоляция.

Профилактические меры по защите от вибраций заключаются в уменьшении их в источнике образования и на пути распространения, а также в применении индивидуальных средств защиты, проведении санитарных и организационных мероприятий.

Уменьшения вибрации в источнике возникновения достигают изменением технологического процесса с изготовлением деталей из капрона, резины, текстолита, своевременным проведением профилактических мероприятий и смазочных операций; центрированием и балансировкой деталей; уменьшением зазоров в сочленениях. Передачу колебаний на основание агрегата или конструкцию здания ослабляют посредством экранирования, что является одновременно средством борьбы и с шумом.

В качестве вибропоглощающих покрытий обычно используют мастики № 579, 580, типа БД-17 и простейшие конструкции (слои рубероида, проклеенные битумом или синтетическим клеем). Если методы коллективной защиты не дают результата или их нерационально применять, то используют средства индивидуальной защиты. В качестве средств защиты от вибрации при работе с механизированным инструментом применяют антивибрационные рукавицы и специальную обувь. Антивибрационные полусапоги имеют многослойную резиновую подошву.

Длительность работы с вибрирующим инструментом не должна превышать 2/3 рабочей смены. Операции распределяют между работниками так, чтобы продолжительность непрерывного действия вибрации, включая микропаузы, не превышала 15...20 мин. Рекомендуется делать перерывы на 20 мин через 1...2ч после начала смены и на 30 мин через 2 ч после обеда.

Во время перерывов следует выполнять специальный комплекс гимнастических упражнений и гидропроцедуры - ванночки при температуре воды 38 °С, а также самомассаж конечностей.

Если вибрация машины превышает допустимое значение, то время контакта работающего с этой машиной ограничивают.

Для повышения защитных свойств организма, работоспособности и трудовой активности следует использовать специальные комплексы производственной гимнастики, витаминную профилактику (два раза в год комплекс витаминов С, В, никотиновую кислоту), спецпитание.