1
Politechnika Krakowska
Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji
Katedra Systemów Wytwarzania,
1998 -
2002 r.
„ŹRÓDŁA DRGAŃ ORAZ ICH WPŁYW NA ORGANIZM CZŁOWIEKA
:
wW
ybrane zagadnienia ergonomiczne wibracji, metody oceny naraŜenia człowieka na drgania,
środki badań, pomiary.
Materiały pomocnicze do wykładów i ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu, „Ergonomia”, „Nauka o
Pracy”, dla studentów II, roku Studiów Dziennych, Zaocznych i Wieczorowych
Opracował dr inŜ. Longin Gondek
1.
WSTĘP.
Ź
ródłami, przyczynami drgań na stanowisku pracy człowieka są siły dynamiczne i drgania (własne,
wymuszone,
samowzbudnesamo wzbudne
, parametryczne i nieparametryczne, w mniejszym lub w
większym stopniu losowe, stacjonarne, ergodyczne itp.), które są generowane przez maszyny (np.
obrabiarki) i urządzenia techniczne oraz procesy technologiczne w nich zachodzące (np. procesy obróbki
skrawaniem). Źródłami drgań wymuszonych w maszynach są [1,2,4,6]:
1.
odśrodkowe siły bezwładności obracających się elementów zespołów (np.: wałów, tarcz, tulei, kół
zębatych itp.) jako skutek ich niewyrównowaŜenia statycznego lub dynamicznego, wywołanego
segregacją gęstości materiału, błędami ich wykonania i montaŜu itp. Częstotliwość tego,
podstawowego wymuszenia odpowiada prędkości obrotowej n [obr/min] ww. zespołu:
]
[
60
1
Hz
n
f
=
2.
wzajemne oddziaływania (energetyczne , dynamiczne) ogniw w rzeczywistych parach
kinematycznych wynikające zarówno z ich rozwiązania konstrukcyjnego jak i z jakości wykonania i
montaŜu. Np. dla przekładni pary kół zębatych częstotliwość podstawowego wymuszenia wynosi
]
[
60
60
1
Hz
z
n
z
n
f
b
b
a
a
⋅
=
⋅
=
; gdzie
a
n ,
a
z są oznaczeniami prędkości obrotowej i liczy zębów koła
napędzającego, gdy natomiast
b
b
z
n
,
dotyczą koła napędzanego. ŁoŜysko toczne, którego zarówno
elementy toczne, jak i bieŜnia wewnętrzna i zewnętrzna posiadają jedną, pewną nieregularność
kształtu (np. w postaci wgłębienia lub występu, „garbu”) generuje drgania wymuszone, których
podstawowe składowe w liczbie 7 róŜnią się częstotliwościami, a te z kolei moŜna obliczyć zgodnie z
pracą [1,2,4], gdy znane są: prędkość obrotowe pierścieni (np. wewnętrznego, gdy zewnętrzny jest
nieruchomy), liczba elementów tocznych, wartości liczbowe istotnych parametrów geometrycznych
(średnice, promienie). Większa liczba takich lub innych nieregularności, stopień, wielkość
niewyrównowaŜenia statycznego, dynamicznego
zespołów i
elementów
,
będących w ruchu
obrotowym, odchyłki błędów wykonania i montaŜu itp. decyduje o charakterystykach drgań
złoŜonych generowanych przez łoŜysko.
3.
siły i drgania w silnikach elektrycznych; np. w szczelinie magnetycznej, pochodzące od przecinania
się linii sił pola magneto-elektrycznego przez ruchome przewodniki prądu elektrycznego,
niewyrównowaŜenia wirnika, jego łoŜysk, błędów wykonania i montaŜu.....
4.
siły i drgania w układach hydraulicznych itp.
1.1.
Wybrane określenia. [1,2,11,13]
Drgania ustalone - drgania, których wartości skuteczne przyspieszeń w pasmach tercjowych lub
wartości skuteczne przyspieszeń, waŜone w dziedzinie częstotliwości, zmieniają się nie więcej niŜ 2 razy
w stosunku do najmniejszej mierzonej wartości wymienionych parametrów.
Drgania nieustalone - jw. gdy ww. zmiany są większe niŜ 2 razy
.
NaraŜenie ciągłe (naraŜenie ciągłej ekspozycji drgań) - naraŜenie ciągłe, występujące bez przerw w
Sformatowane: Punktory i numeracja
Sformatowano
Sformatowano
Sformatowano
2
trakcie całej zmiany roboczej
(przez 4-y, 5-ęć dni w tygodniu, w kolejnych miesiącach latach np.: 10 lat)
z pominięciem: regularnych przerw w pracy, przerw na posiłki, czynności przed podjęciem pracy i po jej
zakończeniu) trwającej 480 minut.
NaraŜanie przerywane - naraŜenie na oddziaływanie drgań, występujące wielokrotnie w ciągu zmiany
robocze z przerwami, w których to naraŜenie zanika; przerwy mogą być spowodowane
przemieszczaniem się osób, cyklicznością technologii, wyłączeniem źródeł drgań itp.
NaraŜenie sporadyczne - występujące nieregularnie, związane z czynnościami wykonywanymi
dorywczo na danym stanowisku pracy, np. raz w tygodniu, raz w ciągu zmiany roboczej itp.
Ruchomy układ odniesienia - prostokątny układ współrzędnych - xyz - związany z geometrią ciała
człowieka lub jego dłoni, którego początek znajduje się w okolicy koniuszka serca lub na główce trzeciej
kości śródręcza.
Nieruchomy układ odniesienia - prostokątny układ współrzędnych - XYZ - związany z geometrią
stanowiska, narzędzia, uchwytu.
Współczynnik szczytu
„k”, jest definiowany jako stosunek wartości szczytowej przyspieszenia drgań
a
szcz
do jego wartości skutecznej a
RMS
..
2.
REAKCJE
,
ZABURZENIA
ORGANIZMU
LUDZKIEGO
NARAśONEGO
NA
DRGANIA.
Reakcje, zaburzenia ustroju człowieka na drgania dzieli się na:
- reakcje subiektywne RS
- reakcje psychosomatyczne RPS
- reakcje, zaburzenia czynnościowe ustroju RC
przy czym na ogół wystąpienie zaburzeń w obrębie zespołu jednych reakcji natychmiast pociąga za sobą
zmiany, wystąpienie reakcji (o charakterze chorobowym - przy odpowiednich parametrach drgań) w
obrębie pozostałych [1,2,7,14].
RS. Największe reakcje subiektywne występują przy niskich częstotliwościach f[Hz]=4-500 wibracji i
są związane z pojawiającym się rezonansem narządowym. Powstają dolegliwości bólowe i uczucie chęci
opuszczenia przez człowieka środowiska drgającego, a dokładniej: - bóle klatki piersiowej w skutek
rozciągania się tkanki śródpiersia, wpływu drgań osierdzia i fazowego przemieszczania się przepony f=
5 - 9 [Hz], - rezonansowe drgania szczęki f= 6 - 8 [Hz], - uczucie ucisku na krtań, - bóle jamy brzusznej
f= 4,5 - 10 [Hz] itp. DłuŜsze przebywanie w obszarze wibracji prowadzi do uszkodzenia narządów, a
decydującymi parametrami oprócz częstotliwości, a właściwie zakresu częstotliwości jest amplituda i
czas ekspozycji drgań oraz pola powierzchni bezpośredniego kontaktu człowieka z obiektem drgającym.
Nasilenie odczuwania drgań zaleŜy od: - ilości przenoszonej energii ,
]
[Nm
Q
, - natęŜenia drgań
]
[
2
m
W
I
,
- czasu ekspozycji t[s], - powierzchni S [m
2
] bezpośredniego kontaktu człowieka z przedmiotem
drgającym, przy czym rozwaŜane wielkości spełniają równanie;
Q
I S t
= ⋅ ⋅
(1)
Typowym przykładem RS są m.in. objawy choroby lokomocyjnej wywoływane liniowymi i kątowymi
przyspieszeniami (amplitudami) ruchu ciała (pojazdu) o wielkościach przekraczających próg
pobudliwości.
RPS. Reakcje, zaburzenia psychosomatyczne u człowieka mogą występować jako zburzenia myślowo-
pamięciowe, koordynacji ruchowej f=25-40 i 60-80 [Hz], ostrości widzenia, stresy i zaburzenia
zdolności porozumiewania się. Skutkami tych zaburzeń mogą być: degradacja procesów myślowych,
zmniejszenie zdolności wykonywania róŜnorodnych zadań w tym zadań ruchowych, zwiększenie ilości
pomyłek, ruchy stają się nieprecyzyjne i nieskoordynowane.
RC. Reakcje, zaburzenia czynnościowe mogą być: - fizjologiczne, - naczyniowe, - kostno-stawowe, -
neurologiczne, - i laryngologiczne (zaburzenia, lub częściowa utrata zmysłu słuchu). Odpowiedzią na
Sformatowano
Sformatowano
Sformatowano
Sformatowano
Sformatowano
Sformatowano
Sformatowano
Sformatowano
Sformatowano
3
występowanie czynnika stresowego (aktywizacja układu podwgórzowo-przysadkowo-nadnerczowego)
jest pojawiający się zespół zaburzeń fizjologicznych. Istotnym parametrem określającym charakter
reakcji ustrojowych organizmu ludzkiego jest częstotliwość f w [Hz];
- f
≤
35 drgania ogólne wpływają na funkcjonowanie narządu przedsionkowego i mechanoreceptory
odbierające zewnętrzne bodźce mechaniczne,
- f>35 drgania oddziaływają na receptory skórne,
- 50
≤
f
≤
250 szczególnie niebezpieczne drgania dla układu nerwowego, powodują one częste skurcze
naczyń włosowatych i tętniczek przedwłosowatych kończyn, powstają objawy typowe dla choroby
wibracyjnej,
- 400<f występuje piekący ból w miejscach kontaktu ciała z elementem drgającym.
Uszkodzenia kostno-stawowe (zwykle kończyn górnych) występują na ogół rzadziej niŜ naczyniowe (po
2 latach pracy)
Wibrację, drgania jako mniej lub bardziej złoŜony ruch periodyczny i stochastyczny maszyn i urządzeń
na stanowisku pracy charakteryzują następujące wielkości: częstotliwość, amplitudy (szczytowe lub
skuteczne) przemieszczeń, prędkości i przyspieszeń drgań. Wielkości te są istotnymi parametrami
charakterystyk czasowych przemieszczeń s(t), prędkości v(t), przyspieszeń a(t) drgań, określonego
punktu i kierunku pomiarowego stanowiska pracy tj. punktu i orientacji przestrzennej czujnika drgań
(którym najczęściej jest, piezoelektryczny akcelerometr - czujnik przyspieszeń drgań). Organizm ludzki
moŜna rozpatrywać jako bardzo złoŜony układ masowo-spręŜysty o bardzo duŜej liczbie stopni swobody
i zróŜnicowanych cechach charakteryzujących spręŜystość, tłumienność, masy, częstotliwości drgań
własnych poszczególnych części, organów człowieka [4,7].
Organ, część ciała człowieka
Częstotliwość drgań
własnych [Hz]
Głowa
4 i 5
Szczęka
6 - 8
Narządy klatki piersiowej
5 - 9
Kończyny górne
ok. 3
Narządy jamy brzusznej
4,5 - 10
Pęcherz moczowy
10 - 16
Miednica
5 - 9
Mięśnie, umięśnienie
13 - 20
Kończyny dolne
ok. 5
2.1. Badania drgań na stanowisku pracy człowieka.
Normy PN-91/N-01352, PN-91/N-01353, PN-91/N-01354 (tj. prace [11,12,13]) dotyczą zasad
wykonywania pomiarów drgań mechanicznych na stanowiskach pracy przy ocenie wpływu tych drgań na
organizm ludzki. Jako jedyny oceniany i mierzony, parametr drgań przyjęto - w tych normach -
wartość skuteczną RMS (Root Mean Square) przyspieszeń drgań a
RMS
=(a
w,zm
)
i
[m/s
2
], przy czym
stosowane symbole oznaczeń wyraŜają: „i” - liczba porządkowa pomiaru, w,zm - waŜona w dziedzinie
częstotliwości (le symbole są umieszczane w dole oznaczenia a:
GŁOWA
Górna część tułowia
Ramię, ręka
lewa
Klatka piersiowa,
brzuch
Biodra
Noga prawa
Noga lewa
Ramię, ręka
prawa
Podstawa, podłoga
Rys.1. Uproszczony schemat
układu spręŜystego organizmu
człowieka .
4
]
0
)
(
2
1
.
,
2
-
s
[m
⋅
∫
=
=
T
dt
t
a
T
i
zm
w
a
RMS
a
(2)
gdy
)
(t
a
jest charakterystyką czasową przyspieszeń (zwykle) drgań złoŜonych w określonym zakresie
częstotliwości, w ograniczonym w czasie pomiarów filtrami dolnoprzepustowym
f
f
g
≤
lub zestawem
dwóch filtrów złoŜonym z filtra górno
przepustowego i filtra dolnoprzepustowego
f
f
f
d
g
≤ ≤
[Hz]
Wielkości skuteczne przyspieszeń drgań
i
RMS
a
mogą być równieŜ określane w
wąskich pasmach
częstotliwości w czasie pomiarów charakterystyk częstotliwościowych (analizy widmowej) drgań, przy
czym, pasma te mogą być
a.) o bezwzględnie stałej szerokości
∆
f
i
=
∆
f=const, przy czym
∆
f jest stałą szerokością bramki
analizatora częstotliwości
b.) o stało-procentowej (względnej) szerokości, scharakteryzowanej współczynnikiem
const
f
f
f
f
f
f
i
d
i
g
i
d
i
g
i
úr
i
=
⋅
−
=
∆
=
,
,
,
,
,
γ
(3)
(przy czym symbol „
i” w tych zaleŜnościach wyraŜa liczbę porządkową rozwaŜanego pasma
częstotliwości). Łatwo spostrzec, Ŝe szerokość pasma częstotliwości
∆
f
i
zwiększa się w miarę wzrostu
częstotliwości środkowej
i
úr
f
,
, gdyŜ
i
úr
i
f
f
,
⋅
=
∆
γ
. Na szczególną uwagę zasługują stałoprocentowe
(względne)
pasma częstotliwości:
-
oktawowe, dla których spełnione są zaleŜności
71%
=
0,71
więc
a
,
≅
=
O
d
g
f
f
γ
2
,
- tercjowe (1/3 oktawy - poniewaŜ, trzy kolejne tecje stanowią oktawę) spełniające warunki
23%
=
0,23
=
T
d
g
f
f
γ
,
2
3
=
- 1/12 oktawy, tj. 1/4 tercji :
12
2
=
d
g
f
f
, a więc
%
6
06
,
0
12
/
1
=
=
okt
γ
Do celów diagnostyki i oceny energetycznej źródeł hałasu i drgań uŜywa się analizatorów o stałej
szerokości pasma
∆
f
i
=const. Tak przeprowadzona analiza przedstawia wkład energetyczny
poszczególnych składowych częstotliwości drgań do ogólnej energii lub mocy źródła hałasu lub drgań
a(t)
T [s]
aRMS
t [s]
Sformatowano
Sformatowano
5
[1,2]. PoniewaŜ procesy wibroakustyczne mają charakter przypadkowy, to w tym przypadku kapitalnego
znaczenia nabiera czas uśredniania T
A
=T wyniku w kaŜdym filtrze. Czas ten zaleŜy oczywiście od
wielkości dopuszczalnego błędu
w
ε
, jaki moŜemy popełnić przy analizie. Gdy błąd ten wyrazimy jako
wielkość względną w procentach, moŜna napisać [ ]:
%
2
100
T
f
w
⋅
∆
=
ε
(4)
.
Stąd, gdy znana jest wartość
w
ε
, to czas pomiaru w filtrze wyliczmy ze wzoru
]
[
2500
2
s
f
T
A
∆
⋅
=
ε
(5)
Czas uśredniania zaleŜny jest od szerokości
f
∆
pasma i błędu
w
ε
. Dla analizatorów równoległych
całkowity czas analizy t
aw
będzie równy czasowi pomiaru procesu w najwęŜszym filtrze
min
f
∆
.
Natomiast czas przestrajania analizatorów szeregowych (starszego typu) moŜna obliczyć ze wzoru
A
T
f
d
f
g
f
aw
t
∆
−
=
. Jest to łączny czas analizy widmowej. Oszacowania ego czasu przy warunku
∆
f T
A
⋅
〉〉4 moŜna dokonać ze wzorów:
const;
=
f
przypadku
dla
,
∆
∆
≅
2
)
(
4
f
g
f
aw
t
const
f
f
d
f
aw
t
j
úr
j
=
=
∆
≅
γ
γ
,
/
,
2
4
gdy
(6)
Ze względu na sposób i drogę przenoszenia drgań na organizm ludzki drgania dzielimy na:
-
drgania ogólne, tj. drgania o ogólnym oddziaływaniu na organizm człowieka jako całość,
przenoszone do organizmu człowieka przez stopy w pozycji stojącej lub przez miednicę, plecy, boki
w pozycji siedzącej lub leŜącej, przy czym zakres częstotliwości – dziedzina częstotliwości tych
drgań - przy ocenie naraŜenia wynosi od 0,9 [Hz] do 90 [Hz] - [11,13]
-
-
drgania miejscowe, tj. drgania oddziaływujące na organizm człowieka przez kończyny górne,
a zakres częstotliwości przy ocenie naraŜenia wynosi i 5,6 [Hz] do 1400 [Hz] - [12].
Ozn.
Drgania:
Dziedzina
częstotliwości
f [Hz]
Metoda
widmowa MW
Metoda
waŜona MWś
Metoda
dozymetryczna
MD
DO
Drgania ogólne
od 0,9 do 90
X
X
X
DM
Drgania
miejscowe
od 5,6 do 1400
X
X
W normach PN-83/N-01352, - 01353 i 01354 z 1983 roku [8,9,10], zostały ustalone
trzy kategorie
(granice) naraŜenia człowieka na oddziaływanie drgań, a mianowicie:
1.) szkodliwości, 2.) uciąŜliwości, 3.) komfortu pracy człowieka przy ciągłej ekspozycji (naraŜenie
ciągłe, występujące bez przerw w trakcie całej zmiany roboczej z pominięciem: regularnych przerw w
pracy, przerw na posiłki, czynności przed podjęciem pracy i po jej zakończeniu) trwającej 480 minut.
Natomiast w normach z 1991 roku -stanowiących modyfikacje ww. Norm z 1981 r. - zmniejszono z
trzech do jednej liczbę tych kategorii, przyjmując
granicę (kategorię uciąŜliwości) uciąŜliwego
oddziaływania drgań jako podstawowe kryterium oceny naraŜenia człowieka na oddziaływanie drgań w
Sformatowane: Punktory i numeracja
Sformatowano
6
ś
rodowisku pracy. W pewnym sensie ww. te trzy kategorie są uwzględnione przez trzy ściśle określone
przedziały wartości współczynnika szczytu
„k”, który jest definiowany jako stosunek wartości
szczytowej przyspieszenia drgań a
szcz
do jego wartości skutecznej a
RMS
. [11,12,13].
3.
METODY OCENY NARAśENIA CZŁOWIEKA NA DRGANIA.
3.1. Metoda widmowa.
Ocena drgań jest realizowana na podstawie wartości skutecznych przyspieszeń drgań (mierzonych w
określonych punktach i kierunkach pomiaru np. x, y z, lub X, Y, Z stanowiska pracy) tercjowej analizy
widmowej w kolejnych, określonych, tercjowych pasmach częstotliwości (patrz ilustracja graficzna
takiej charakterystyki spektralnej drgań.
Tę metodę stosuje się tylko przy ocenie
naraŜenia
na
oddziaływanie
drgań
ogólnych w oparciu o wartości skuteczne
przyspieszeń
drgań
składowych
(określonych
w
określonym
punkcie
pomiarowym stanowiska pracy i w stosunku
do osi nieruchomego - X, Y, Z - lub
ruchomego - x, y, z - prostokątnego układu)
dla pasm tercjowych o częstotliwościach
ś
rodkowych od 1 [Hz] do 80 [Hz].
Dopuszczalne ww. wartości skuteczne
przyspieszeń drgań są zestawione w tabeli 1. A więc, wartości skuteczne przyspieszeń
i
RMS
a
,
drgań (o
ogólnym oddziaływaniu na organizm człowieka) w poszczególnych, tecjowych pasmach częstotliwości
i
úr
f
,
, w określonych punktach „p” i kierunkach „l”, pomiarów „j” drgań nie powinny przekraczać tych
wielkości
dop
i
RMS
a
,
,
(podanych w tablicy 1), które określają granicę uciąŜliwego oddziaływania drgań na
organizm w czasie 480 min na zmianę:
)
,
,
,
(
,
dop
i
RMS
a
i
RMS
a
j
i
úr
f
l
p
≤
Λ
Λ
Λ
Λ
(7)
3.2. Metoda waŜona.
Ocenę naraŜenia człowieka na drgania (na stanowisku pracy) na oddziaływanie drgań ogólnych i
miejscowych
- których składowe w kierunkach X, x; Y, y; Z, z; charakteryzują się współczynnikami
szczytu k o wartościach uzasadniających zakwalifikowanie tych drgań do jednego z trzech ściśle
ustalonych zakresów ujętych w tablicy 2 i w tablicy 3 (w tablicy 3 pracy [13] dla drgań ogólnych i w
tablicy 2 pracy [12] dla drgań miejscowych), naleŜy przeprowadzić w oparciu o wielkość ściśle
określonego wskaźnika, a mianowicie:
- średniokwadratowa wartość waŜona
przyspieszeń drgań, obliczona w [m
⋅
s
-2
] dla wybranego tylko
kierunku (osi) ze wzoru;
aRMSi
fi [Hz]
1,0 1,25 1,6 2,0
2,5 3,16 4,0 5,0 6,3 8,0 80,0
Sformatowano
7
∑
=
=
n
i
i
i
zm
w
a
n
ś
r
w
a
2
)
,
,
(
1
,
(8)
- lub suma wektorowa, średniokwadratowa wartości waŜonych przyspieszeń drgań dla poszczególnych
składowych X, Y, Z; x, y, z drgań, obliczona ze wzoru
2
]
)
,
[(
2
]
)
,
(
4
,
1
[
2
]
)
,
(
4
,
1
[
)
,
(
z
úr
w
a
y
úr
w
a
x
úr
w
a
wek
úr
w
a
+
+
=
(9)
gdzie:
i
zm
w
a
,
,
stanowią średnie waŜone (skuteczne) określone w dziedzinie częstotliwości (2),
określone w
i- tych pomiarach.
Metodę oceny waŜonej drgań, naleŜy stosować do oceny naraŜenia na drgania ustalone lub nieustalone
(większa, wymagana ilość pomiarów), przy ciągłym lub przerywanym (większa, wymagana ilość
pomiarów) ich oddziaływaniu na organizm człowieka. Wg. tej metody moŜna zakwalifikować kaŜde
stanowisko pracy do klasy stanowisk o dopuszczalnych drganiach, jeŜeli spełnione zostaną następujące
warunki, a mianowicie:
)
,
,
(
dop
w
a
úr
w
a
k
V
j
l
p
≤
Λ
Λ
Λ
lub
dop
w
a
úr
w
a
k
V
j
l
p
wek
,
)
,
(
≤
Λ
Λ
Λ
(10)
a.) pamiętając, Ŝe dla drgań ogólnych wielkości
dop
w
a
,
są ujęte w tablicy 2, gdy zakres częstotliwości
rozwaŜanych drgań wynosi od 0,9 [Hz] do 90 [Hz] - [13]
b.) natomiast dla drgań miejscowych (oddziaływujących na kończyny górne) wielkości
dop
w
a
,
są
zestawione w tablicy 3, a zakres ich częstotliwości jest ograniczony od 5,6 [Hz] do 1400 [Hz].
TaTa
bela 1.
f
ś
r,i
tercji
[Hz]
Dopuszczalne wartości skuteczne przyspieszeń
drgań
a
RMS i
,
[m/s
2
]
składowa pionowa Z, z
składowe poziome X,
x; Y, y
1,0
0,63
0,224
1,25
0,56
0,224
1,6
0,5
0,224
2,0
0,45
0,224
2,5
0,40
0,280
3,16
0,355
0,355
4,0
0,315
0,450
5,0
0,315
0,560
6,3
0,315
0,710
8,0
0,315
0,900
10,0
0,40
1,12
12,5
0,50
1,40
16,0
0,80
2,24
25,0
1,00
2,80
31,5
1,25
3,55
40,0
1,60
4,50
500
2,00
5,60
63,0
2,50
7,10
80,0
3,15
9,00
8
Tablica 2. Dopuszczalne wartości waŜone przyspieszeń drgań ogólnych (o ogólnym oddziaływaniu na organizm człowieka)
Składowe drgań
Dopuszczalne wartości waŜone przyspieszeń drgań
]
2
/
[
,
;
,
,
s
m
eq
w
a
ś
r
w
a
w
2
≤
k
3
2
≤
<
k
6
3
≤
<
k
Poziome X, x
0,313
0,45
0,9
Poziome Y, y
0,313
0,45
0,9
Pionowe Z, z
0,4
0,63
1,25
Tablica 3. Dopuszczalne wartości waŜone przyspieszeń drgań miejscowych(oddziaływujących na kończyny górne
) człowieka)
Składowe drgań
Dopuszczalne wartości waŜone przyspieszeń drgań
]
2
/
[
,
;
,
,
s
m
eq
w
a
ś
r
w
a
w
2
≤
k
3
2
≤
<
k
k
<
3
Poziome X, x
0,8
1,80
2,80
Poziome Y, y
Pionowe Z, z
Realizacja oceny moŜe być dokonana wg następującego „scenariusza”.
1-
wyznaczenie, lub załoŜenie - zgodnie z PN-91/N-01352 - wartości współczynnika szczytu k, (tzn.
zdecydowanie się na określoną kategorię naraŜenia człowieka na drgania),
2-
przeprowadzenie wielokrotnych, powtarzalnych pomiarów i=1;2;3;4;....wartości skutecznych
przyspieszeń drgań
]
2
/
[
,
s
m
i
RMS
a
zm
w
a
i
=
- w określonym punkcie i kierunku pomiarowym pk
stanowiska pracy człowieka – w określonej dziedzinie częstotliwości (dla drgań ogólnych
];
[
90
09
Hz
f
≤
≤
dla drgań miejscowych
]
[
1400
6
,
5
Hz
f
≤
≤
) oraz zestawienie wyników w formie
tabelarycznej lub wykreślnej,
3-
obliczenie wskaźnika oceny naraŜenia człowieka na drgania, którym jest wielkość – określona wg.
wzoru (8) – średnia waŜona przyspieszeń drgań
]
/
[
,
2
s
m
ś
r
w
a
w ściśle określonej dziedzinie
częstotliwości,
4-
stwierdzenie, czy wartość liczbowa tego wskaźnika
]
/
[
,
2
s
m
ś
r
w
a
jest mniejsza lub równa od jej
wartości dopuszczalnej odczytanej z tablicy 2 lub tablicy 3
ś
r
w
a
s
m
ś
r
w
a
,
]
/
[
,
2
&
≤
,
5-
jeŜeli
ś
r
w
a
s
m
ś
r
w
a
,
]
/
[
,
2
&
>
, to naleŜy stwierdzić, Ŝe drgania są nadmiernie duŜe i niedopuszczalne
ze względów na ergonomiczne determinanty na tym stanowisku pracy, jeŜeli łączny czas
oddziaływania drgań na człowieka w czasie 8-mio godzinnego dnia jego pracy będzie większy od
czasu obliczonego według wzoru,
[min]
480
2
,
,
⋅
=
úr
w
dop
w
dop
a
a
t
(11)
3.3. Metoda dozymetryczna.
Negatywne skutki drgań u człowieka mają charakter kumulacyjny. Metodę dozymetryczną naleŜy
stosować do oceny naraŜenia zwłaszcza na drgania nieustalone, o nieregularnie przerywanym
oddziaływaniu na organizm człowieka w trakcie całej zmiany roboczej T=480 [min]. Ocenianymi
parametrami drgań są:
-
równowaŜna, (ekwiwalentna, odpowiadająca w pewnym sensie skutkom i wskaźnikom drgań
Sformatowano
9
określonych zaleŜnością (8,9)) dla czasu oddziaływania drgań na organizm człowieka T=480 [min],
wartość przyspieszeń drgań obliczona w [m/s
2
], ze wzoru
a
D
T
w eq
,
=
;
(12)
- lub suma wektorowa równowaŜnych (ekwiwalentnych) wartości przyspieszeń drgań dla
poszczególnych składowych X, Y, Z; x, y, z; obliczona, w [m/s
2
], ze wzoru
2
]
)
,
[(
2
]
)
,
(
4
,
1
[
2
]
)
,
(
4
,
1
[
)
,
(
z
eq
w
a
y
eq
w
a
x
eq
w
a
wek
eq
w
a
+
+
=
(13)
- współczynnik szczytu k
- i wyznaczony pomiarowo rzeczywisty czas oddziaływania drgań na organizm człowieka t
r
, chociaŜ
dopuszcza się wyznaczenie tego czasu na podstawie wywiadu.
Dawkę drgań D naleŜy mierzyć dozymetrem drgań zgodnie z normą PN-91/N-01352 [11,12,13] lub
wyliczyć ze wzoru, gdy znane są wyniki pomiarów aw zm i
,
, :
]
[
1
2
)
,
,
(
3
2
s
m
n
i
i
t
i
zm
w
a
D
∑
=
⋅
=
(14)
gdzie
: t
i
- czas w [min] „jaki upływ między kolejnymi pomiarami”.
W przypadku, gdy w ciągu zmiany roboczej występuje szereg róŜnych naraŜeń na drgania, ze względu
na wartość współczynnika szczytu, naleŜy drgania zaliczyć do jednego z trzech zakresów wg tablicy 2,
dla
drgań ogólnych (i wg tablicy 3 dla drgań miejscowych), przedzielonych przerwami o róŜnej długości,
dawkę drgań określa się jako sumę algebraiczną ze wzoru
j
D
D
D
D
D
........
3
2
1
+
+
+
=
(15)
Sposób postępowania stosując dozymetryczną metodę oceny drgań:
•
wyznaczenie zgodnie z PN-91/N-1352 [10] wartości współczynnika szczytu
k
•
stwierdzenie - na podstawie licznych, powtarzanych pomiarów amplitudy skutecznej (waŜonej) w
dziedzinie częstotliwości
a
RMS,
=a
w,ś®,i
, realizowanych w róŜnych punktach i kierunkach
pomiarowych stanowiska pracy - czy badane drgania mieszczą się w zakresie obowiązywania normy
([12] dla drgań ogólnych i [11] dla drgań miejscowych), zaliczając je do jednego z trzech zakresów
wg tablicy 2 względnie tablicy 3 (dla drgań miejscowych), a następnie w przypadku gdy:
a)
czas rzeczywisty oddziaływania drgań na organizm człowieka
t
r
=480 [min] naleŜy porównać
równowaŜną wartość waŜoną przyspieszeń drgań
eq
w
a
,
(określoną za pomocą wzoru (12)), z
dopuszczalną wartością waŜoną przyspieszeń drgań - ogólnych podaną w tablicy 2; miejscowych
ujętą w tablicy 3:
lub porównać wartość sumy wektorowej (
eq
w
a
,
)
wek
(określoną za pomocą wzoru (13)) z
dopuszczalną wartością waŜoną przyspieszeń drgań dla składowej pionowej,- podaną w tablicy 2
(dotyczy tylko drgań ogólnych);
a w razie przekroczenia tej wartości naleŜy obliczyć jego wielokrotność;
b)
t
r
<
480 [min] naleŜy wyliczyć ze wzoru (12) równowaŜną wartość przyspieszeń drgań
eq
w
a
,
a
następnie porównać wyliczoną w [min] ze wzoru (16) wartość dopuszczalnego czasu oddziaływania
drgań na człowieka - t
dop
z wartością rzeczywistego czasu oddziaływania drgań t
r
10
480
2
,
,
⋅
=
eq
w
dop
w
dop
a
a
t
[min]
(16)
przy czym,
dop
w
a
,
naleŜy szukać w tablicy 2 dla drgań ogólnych, a w tablicy 3 dla drgań miejscowych;
dla drgań ogólnych moŜna stosować wzór (17) w którym
aw dop
,
naleŜy szukać w tablicy 2 dla
składowej pionowej drgań;
480
)
(
2
,
,
⋅
=
wek
eq
w
dop
w
dop
a
a
t
[min]
(17)
4.
LITERATURA.
[1] Cempel Cz. -„Wibroakustyka stosowana”, PWN, Warszawa - Poznań 1978
[2] Cempel Cz. -„Wibroakustyka stosowana”, PWN, Warszawa - Poznań 1991
[3 ] Dubiel G. - Niepublikowane materiały pomocnicze dla studentów dot. laboratorium z Ergonomii. ITMiAP Polit.
Krakowskiej. 1995 r.
[4] Gondek L., Perdenia J., Stachoń J., Wazl K. - „Laboratorium obrabiarek”,Skrypt Politechniki Krakowskiej,
Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Krakoów 1992 r.
[5] Gondek L. - „Redukcja drgań ze względów ergonomicznych na przykładzie wibroizolacji kabiny operatora”, Materiały
VII Sympozjum „Wpływ wibracji na otoczenie”. PK, Instytut Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn, Kraków -
Janowice , wrzesień 1995
[6]
McCormick E.J.-„Antropometria - przystosowanie konstrukcji maszyn i urządzeń do człowieka”, WNT, Warszawa, 1968
[7] Nawara L. - „Materiały do nauczania ergonomii i ochrony pracy” . Skrypt uczelniany AGH, Nr 1036, Kraków 1986
[8] PN-83/N-01352 - „Drgania. Zasady wykonywania pomiarów na stanowiskach pracy”.
[9] PN-83/N-01353 - „Drgania. Dopuszczalne wartości przyspieszenia drgań oddziaływujących naorganizm człowieka przez
kończyny górne i metody oceny naraŜenia”.
[10] PN-83/N-01354 - „Drgania. Dopuszczalne wartości przyspieszenia drgań o ogólnym oddziaływaniu na organizm
człowieka i metody oceny naraŜenia”.
[11] PN-91/N-01352 - „Drgania. Zasady wykonywania pomiarów na stanowiskach „.
[12] PN-91/N-01353 - „Drgania. Dopuszczalne wartości przyspieszenia drgań oddziaływujących na organizm człowieka
przez kończyny górne i metody oceny naraŜenia”.
[13] PN-91/N-01354 - „Drgania. Dopuszczalne wartości przyspieszenia drgań o ogólnym oddziaływaniu na organizm
człowieka i metody oceny naraŜenia”.
[14] Rosner J.
-
„Podstawy ergonomii”, PWN, Warszawa 1982