Вибрация, явление растекания электрического тока, горение и взрыв

 

2.1. Физические  характеристики вибраций

В промышленности и на транспорте широкое применение получили машины и оборудование, создающие вибрацию, воздействующую неблагоприятно на человека. Это прежде всего все транспортные средства, ручные машины (электрические и пневматические, особенно с возвратно-ударной отдачей), машины в строительстве и на заводах стройиндустрии (виброплощадки, бункера с электровибраторами, бетоноукладчики, бетоносмесители, дозаторы и др.). Для современного машиностроения характерно увеличение скорости рабочих органов и агрегатов различного рода оборудования, станков и ручных машин. Уравновешивание при этом вращающихся и поступательных масс становится затруднительным. В результате возникают колебания, в ряде случаев им сопутствуют вредные производственные факторы, создающие неблагоприятные условия труда, например вибрация, сопровождающая работу технического оборудования, механизированного инструмента и средств транспорта. Вредные последствия вибрации возрастают с увеличением быстроходности машин и механизмов, поскольку энергия колебательного процесса возрастает пропорционально квадрату частоты колебаний (или частоты вращения вала машины).

С физической точки зрения между шумом и вибрацией принципиальной разницы нет. Разница имеет место  лишь в восприятии: вибрация воспринимается вестибулярным аппаратом и органами осязания, а шум — органом слуха.

Вибрация представляет собой процесс распространения механических колебаний в твердом теле. Колебаний механических теле частотой ниже 20 Гц воспринимаются организмом как вибрация, а колебания с частотой выше 20 Гц — одновременно и как вибрация, и как звук. Следовательно, вибрация — это механические колебания материальных точек или тел. В производственных условиях наблюдаются вибрации с частотой 35—250 Гц (ручной инструмент). Источниками вибраций являются различные технологические процессы, механизмы, машины и их рабочие органы. Колебания, распространяясь по элементам конструкций, ускоряют их разрушение, а также оказывают вредное воздействие на работающего. , Физически вибрации характеризуются частотой колебаний f, Гц, амплитудой смещения А, мм, колебательной скоростью v, м/с, колебательным ускорением w, м/с².

Основная частота гармонического колебательного движения , Гц,

 

f=n/60,

 

где п — число оборотов в минуту.

Виброскорость v, м/с, и виброускорение w, м/с², в случае гармонических колебаний определяют из выражений

 

v = 2πfA = wA.;

w = 4π²f²A = w²A,

 

где w — угловая частота.

Вибрацию (как и шум) можно характеризовать  не только абсолютными величинами, но и относительными. В практике виброакустических исследований используют понятие логарифмического уровня колебаний — характеристики колебаний, сравнивающей две одноименные физические величины, пропорциональные десятичному логарифму отношения оцениваемой и исходного значения этой величины. В качестве последнего в охране труда используются опорные значения параметров, принятые за начало отсчета. При этом вибрация оценивается величиной, выраженной в децибелах. Так, значение уровня виброскорости Lv, дБ, согласно ГОСТ 12.1.012—78, определяют по формуле

 

Lv=10 lg (v²/v_o²) = 20 lg (v/v₀),

 

где v² — средний квадрат (среднегеометрическое значение) виброскорости (берется в соответствующей полосе частот); v_о = 5 • 10^-8 м/с—пороговое значение виброскорости (опорная виброскорость), принятое по международному стандарту. Среднегеометрические значения октавных полос частот вибраций стандартизованы и составляют 1; 2; 4; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500 и. 1000 Гц. Спектры уровней виброскорости — основные характеристики вибраций. Снижение уровня вибраций определяют разностью

 

ΔLv = Lv₁-Lv₂

 

где Lv₁ и Lv₂ — соответственно  уровни вибраций до и после проведения мероприятий по их уменьшению.

 

2.2. Гигиенические  характеристики и нормы вибрации

Различают гигиеническое  и техническое нормирование вибраций. В первом случае ограничивают параметры вибрации рабочих мест и поверхности контакта с руками работающих, исходя из физиологических заболеваний, исключающих возможность возникновения виброболезни. Во втором случае ограничивают параметры вибрации с учетом не только указанных требований, но и технически достижимого на сегодняшний день для данного вида машин минимального уровня вибрации.

Общая вибрация нормируется  с учетом свойств источника ее возникновения и делится на вибрацию:

транспортную, которая  возникает в результате движения машин по местности и дорогам;

транспортно-технологическую, которая образуется при работе машин, выполняющих технологическую операцию в стационарном положении;

технологическую, возникающую  при работе стационарных машин или передается на рабочие места не имеющие источников вибраций.

Рис. 1 Нормирование вибраций. а- общие, б- местные.

 

Степень вредного воздействия  колебаний на организм человека зависит  от различных параметров, в том  числе от направления действия вибрации. Вибрация может возникать в кабинах  управления кранами, при эксплуатации самоходных машин, других механизмов и устройств, когда причиной возбуждения вибраций являются возникающие неуравновешенные силовые воздействия. Нормируемыми параметрами общей вибрации являются среднеквадратичные значения колебательной скорости в октавных полосах частот или амплитуды перемещений, возбуждаемые работой оборудования и передаваемые на рабочие места в производственных помещениях (пол, рабочие площадки, сиденья). Вибрация, воздействующая на человека, нормируется отдельно в каждой стандартной октавной полосе, различно для общей и локальной вибраций.

Нормы по ограничению  общих вибраций рабочих мест устанавливают  логарифмический уровень колебательной  скорости в октавных диапазонах со среднегеометрическими значениями 2, 4,  16, 32, 63 Гц, а нормы по ограничению локальной вибрации — в октавных полосах частот со среднегеометрическими значениями 16, 32, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц. Нормирование транспортных вибраций производится с октавной полосы со среднегеометрическим значением 1 Гц.    Допустимые  уровни общих вибраций рабочих мест установлены санитарными нормами, где нормируемыми параметрами  вибрации   являются  среднеквадратичные значения скорости колебания или амплитуды перемещений вибрации в октавных полосах частот от 2 до 63 Гц (рис. 14, а). Согласно санитарным нормам, допустимые величины вибрации инструментов и производственного оборудования, передаваемые на руки работающих, установлены в диапазоне частот  11—2800Гц для  каждой I   октавной полосы. При этом нормируются  виброскорости, м/с, и уровни вибрации, дБ, относительно порогового значения виброскорости v₀ = 5 • 10^-8 м/с (рис. 14, б). Гигиенические нормы вибрации установлены для длительности рабочей смены 8 ч. Гигиеническую оценку вибрации производят одним из трех методов:

Частотным (спектральным) анализом;

интегральной оценкой  по частоте

дозой вибрации.

При частотном (спектральном) анализе нормируемыми параметрами  являются среднеквадратичные значения виброскорости v (и их логарифмические уровни Lv) или виброускорения w для локальной вибрации в октавных полосах частот, а для общей вибрации — в октавных или 1/3 октавных полосах частот. Логарифмические уровни виброскорости Lv, дБ, составляют 

 

Lv= 20 lg (v / 5 • 10^-8)

 

  Для ручных машин  предельно допустимые уровни вибрации установлены государственным стандартом. Для измерения вибраций применяют приборы, основанные на механических и электрических методах измерения.

Измерение вибрации производится виброметрами, приборами ИШВ-1 (регистрируют амплитуды вибраций от 0,005 до 1,5 мм в диапазоне частот от 15  до 200 Гц). Применяются   также   измерительные   приборы   типов НВА-1, ШВК-1, ВИП-2 и др.

2.2. НОРМИРОВАНИЕ И  КОНТРОЛЬ ВИБРАЦИЙ

Вибрации  измеряются, в основном, для гигиенической  оценки (сравнения с санитарными нормами); определения источников; проверки эффективности принятых мер по борьбе с вибрацией; определения степени воздействия на организм человека и для ряда других специальных исследований.

Допустимые  уровни общих и локальных вибраций рабочих мест установлены  СН 245 — 71, а также СНиП 626 — 66 «Санитарные нормы и правила при работе с  нструментами, механизмами и оборудованием, создающими вибрации, передаваемые на руки работающих». Нормируемыми параметрами общих вибраций являются   среднеквадратичные величины колебательной скорости в октавных полосах частот со  среднегеометрическими   значениями.

Согласно этим нормам, уровень вибрации оценивается по спектру виброскорости в диапазоне частот от 11 до 2800 Гц в октавных полосах частот со следующими среднегеометрическими значениями: 5; 16; 31; 63; 125; 250; 500; 100; 200 Гц. Каждой октаве соответствует предельно допустимая величина среднеквадратичного значения виброскорости V (см/с) и ее уровни Lv (дБ), которые приведены в табл.1

Исходя из требований санитарных норм по ограничению местной вибрации, разработан ГОСТ 17770 — 72 «Машины ручные. Допустимые уровни вибрации».

Установлены предельно  допустимые величины, ограничивающие общие вибрации: при частоте до 11 Гц — нормируемым параметром является смещение (табл.2), при частоте от 11 до 355 Гц — виброскорость (табл.3).

Допустимые  параметры общей вибрации на рабочих  местах дополняются поправкой на продолжительность воздействия в течение рабочего дня:

Санитарная  длительность воздействия вибрации, ч Поправка

4—8     ...............................      0

2—4     ...............................    +3

1—2     .................................           +6

1   ........................... '  .......           +9

Для измерения  вибрации применяются виброметры и шумомеры с дополнительным приспособлением — предусилителем, устанавливаемым вместо микрофона. Приборы для измерения вибраций делятся на две группы: приборы, измеряющие вибрацию неэлектрическими методами; приборы с преобразованием механических колебаний в электрические.

При измерении  производственной вибрации часто применяют  механические вибрографы — щупы, которые  прижимаются к вибрирующей поверхности  вручную посредством стержней различной длины. В настоящее время применяют щупы ВР-1 и ВР-2, которые принципиально между собой не различаются. Экспериментатор регулирует степень нажатия таким образом, чтобы исходное положение записывающего пера было в цилиндре бумаги. Приборы записывают вертикальную, горизонтальную или угловую вибрации.

Вибрографы  типа ВР имеют небольшие габариты (11 X 120 X 180 мм) и массу 1,65 кг, что делает их удобными в обращении. Ширина ленты для записи — 24 мм. Приборы предназначены для измерения вибраций с амплитудой в пределах 0,05— 6 мм, с диапазоном частот от 15 до 100 Гц. Прибор не дает большой точности, с его помощью невозможно получить запись мгновенных значений колебаний для проведения гармонического анализа.

Для измерения механических колебаний большое распространение получили приборы, в которых механические колебания преобразуются в электрические. Запись трансформируемых колебаний производится светолучевыми осциллографами либо самопишущими приборами. Преимуществом этого метода измерения вибрации является возможность отделить вибродатчик от измерительной аппаратуры на любое расстояние. Используя несколько датчиков, можно измерять вибрацию одновременно в нескольких точках. Колебательный процесс записывается без искажений. При этом легко могут быть выделены отдельные составляющие вибрации. Наиболее распространены датчики индукционные (магнитоэлектрические), электромагнитные и пьезоэлектрические.

В настоящее  время выпускается аппаратура для измерения низкочастотной вибрации НВА-1 и вибрации шума ИШВ-1 с пьезоэлектрическими датчиками. Она Предназначена для измерения среднеквадратичных значений уровней виброскорости и приведенной скорости в октавных полосах частот.

НВА-1 применяют для  измерения установившихся вибраций на машинах, механизмах, средствах транспорта и других объектах. Измеритель шума и вибраций ИШВ-1 предназначен для измерения значений среднеквадратичных уровней звукового давления и виброскорости в октавных полосах частот и уровней звука по коррекции А, В, С машин, различных механизмов, средств транспорта и др.

 

3.Явления, возникающие  при попадании на землю электричества.

 

3.1. Растекание  тока при замыкании на землю

Электрическим замыканием на землю называется случайное электрическое  соединение находящихся под напряжением  частей электроустановки непосредственно  с землей или с металлическими нетоковедущими частями, не изолированными от земли. Замыкание на землю может произойти вследствие появления контакта между токоведущими частями и заземленными корпусом или конструктивными частями оборудования, при падении на землю оборванного провода, при пробое изоляции оборудования высокого напряжения и т. п. Во всех этих случаях ток от частей, находящихся под напряжением, проходит в землю через электрод, который осуществляет контакт с грунтом. Специальный металлический электрод принято называть заземлителем. Размеры электрода могут быть различными (от нескольких сантиметров до десятков и сотен метров), форма может быть очень сложной, и закон распределения потенциалов в электрическом поле электрода определяется сложной зависимостью. Состав, а значит, и электрические свойства грунта неоднородны, особенно, если учесть слоистое строение грунта.

С целью упростить  картину электрического поля и его  анализ сделаем допущение, что ток  стекает в землю через одиночный  заземлитель полусферической формы, погруженный в однородный и изотропный грунт с удельным сопротивлением р, во много раз превышающим удельное сопротивление материала заземлителя (рис. 2). Плотность тока в точке А на поверхности грунта на расстоянии х от заземлителя определяется как отношение тока замыкания на землю к площади поверхности полушария радиусом х:

Эта поверхность является эквипотенциальной поверхностью. Для определения потенциала точки А, лежащей на поверхности с радиусом х, выделим элементарный слой толщиной ах. Падение напряжения в этом слое ( = Еах. Потенциал точки А (или напряжение этой точки относительно земли) равен суммарному падению напряжения от точки А до земли, то есть бесконечно удаленной точки с нулевым потенциалом: