环境振动及其控制医学PPT

3 6环境振动及其控制 来自机械的振动 大多数是很复杂的运动 然而它们都是有规律的 根据傅里叶 Furiour 分析方法 任何复杂的振动 都可以由若干简单的振动 简谐振动复合而成 一 振动的基本知识 1 振动的概念及分类 振动是一个质量或物体相对于基准位置作来回往返的运动 例如 一物体在一弹簧端点的运动 机器开动时各部分零件的运动 用茶匙敲打玻璃杯产生的振动 1 振动可以根据不同依据进行划分 1 根据振动的物理特性不同 振动可分为周期性振动和非周期性振动 周期性振动可分为简谐振动和非简谐振动 非简谐振动可分为随机振动和冲击振动 简谐振动是最简单和最基本的周期性振动 其振动形式可用正弦曲线表示 如音叉的振动 钟摆的振动 在生产中 单纯的简谐振动是极少见的 大量的振动是非简谐的周期性振动或非周期性振动 或是两者的组合 如拖拉机开动时坐椅的振动属于随机振动 爆破或锻锤引起的振动属于冲击振动 2 2 根据振动的来源不同 振动可分为生产性振动和非生产性振动 按照作用于人体的部位和传导方式不同 生产性振动又可分为局部振动和全身振动 生产性振动是指在生产过程中产生的振动 其主要来源有 不平衡物体的转动 旋转物体的扭动和弯曲 物体的摩擦和冲击 空气冲击波等 平时所称的 振动公害 大多来自于生产性振动 局部振动主要是由于手握振动着的工具进行操作而引起的振动 此时 振动由手 手腕 肘关节 肩关节传导至全身 全身振动是由于人体处于振动的物体上 足部或臀部直接接触振动而引起的振动 它通过下肢或躯干直接对全身起作用 3 2 振动的度量 从振动的方向 振动的强度 振动的频率等方面来加以度量 1 振动的方向关于振动方向的度量 ISO规定 以心脏为原点建立空间直角坐标系 从人体背部向胸部方向振动为X轴 从人体右侧向左侧振动为Y轴 从脚 或臀部 向头部方向振动为Z轴 这时 应注意到人体站立时的坐标轴方向不同于人体仰卧时的坐标轴方向 2 振动的强度关于振动的强度 其度量方法有多种 可以有振幅 位移 速度 加速度等 其中以加速度 单位为m s2或重力加速度g 应用最为广泛 加速度与作用力成正比 对人体是个重要的冲击量 4 3 振动的频率振动频率是振动运动速度的表征 单位为Hz 人体对不同频率的振动有不同的敏感性 在分析频率对人体的影响时 通常没有必要对每一频率进行逐一分析 而是根据人体对振动频率变化的反应 采用倍频程或1 3倍频程进行频谱分析 下表为1 3倍频程的中心频率及相应频带的频率范围 表3 6 11 3倍频程中心频率及相应频带频率范围 Hz 5 二 振动的影响 1 人体的振动特征 人们经常工作和生活在振动的环境中 当人体接触到振动物体时 会产生振动觉 有人认为振动觉是一种触压觉 是触压觉反复受到激活的状态 而有人则认为 人体内的巴西尼环层小体是振动感受器 它广泛分布于关节 骨膜 血管壁 肠间膜 胸膜 肾脏 淋巴结 交感神经等部位 但由于它在机体各部位的分布密度不同 因而各部位对振动的敏感性也有差异 通常人的指尖对振动最为敏感 6 振动频率 振动强度是振动作用于人体时引起振动觉的主要因素 而接振时间的长短及接振方式的不同 如立姿或坐姿 直接或间接接触振动体 引起的人体振动效应也不同 如图3 6 1 图3 6 1人体对振动的反应 7 2 振动对人体的影响 1 引起脑电图改变 条件反射潜伏期改变 交感神经功能亢进 血压不稳 心律不稳 皮肤感觉功能降低 如触觉 温热觉 疼觉 尤其是振动感觉最早出现迟钝 振动对人体各系统的影响主要表现在以下几方面 2 40 300Hz的振动能引起周围毛细血管形态和张力的改变 表现为末梢血管痉挛 脑血流图异常 心脏方面可出现心动过缓 窦性心律不齐和房内 室内 房室间传导阻滞等 3 使手部的握力下降 8 4 40Hz以下的大振幅振动易引起骨和关节的改变 骨的X光底片上可见到骨贸形成 骨质疏松 骨关节变形和坏死等 5 长期使用振动工具可产生局部振动病 局部振动病是以末梢循环障碍为主的疾病 亦可累及肢体神经及运动功能 发病部位一般多在上肢末端 典型表现为发作性手指变白 简称白指 我国1957年就将局部振动病定为职业病 另外 振动在人体组织中传导性的大小顺序是 骨 结缔组织 软骨 肌肉 腺体和脑组织 9 3 振动对作业绩效的影响 1 振动对视觉辨认功能的影响 振动对人作业绩效的影响主要表现为视觉作业效率的下降和操作动作精确度的降低 可分三种情况 一是观察物振动而观察者不动 影响主要取决于振动频率和强度 二是观察者振动而观察物不动 影响主要取决于振动频率和强度 还有人体不同部位 三是观察物与观察者均处于振动中 除了有双方的频率与强度变化外 还受共振的影响 10 2 振动对操作动作精确度的影响 主要取决于振动强度和频率 有人得出这样一个结论 操作错误率与振动的振幅成正比 与频率的均方根成正比 另外 振动方向也会影响操作动作 振动对操作者的影响主要表现为操作者的操作控制能力降低 这可能是手 足的稳定性降低 也可能是视觉辨认功能降低 11 三 振动的评价 1 振动评价标准 目前使用的多为国际标准化组织ISO提出的 人体承受全身振动评价指南 ISO2631 1 1997 和 人体对手传振动暴露的测量和评价指南 ISO5349 1986 12 2 人体承受全身振动的评价 人体承受全身振动评价指南 是根据振动强度 振动频率 振动方向 人体接触振动的持续时间四个因素的不同组合 来评价全身振动对人体产生的影响 该标准将人体承受的全身振动分为三种不同感受界限 疲劳 工作效率降低界限 见图3 6 3 健康与安全界限 EL 舒适性降低界限 RCB 13 14 3 手指振动的测量和评价 人体对手传振动暴露的测量和评价指南 根据振动强度 频率 方向和接触时间 综合评价手传振动对手臂的影响 该标准规定的坐标系是 以第三掌骨端点为坐标原点 手背向手心的方向为X轴 手背面为YZ面 图3 6 4 图3 6 4手传振动测量时的坐标系 15 四 环境振动控制的主要途径 为保护操作者的身体健康 必须对振动加以控制 使振动对人体的不良影响和损害降至最小 1 通过改革工艺 从根本上消除振动例如 从根本上取消和减少手持风动工具的作业 用液压 焊接 粘接代替铆接 改革风动工具 通过改进风动工具排气口的位置 可以达到有效减振 采用自动 半自动操纵装置 以减少肢体直接接触振动体 2 加强个体防护例如 手持振动工具者 应戴双层衬垫无指手套或衬垫泡沫塑料无指手套 穿防振鞋等 注意保暖防寒 使车间及作业地点温度保持在160C以上 在地板及设备地基采取隔振措施 橡胶减振动层 软木减振动垫层 玻璃纤维毡减振垫层 复合式隔振装置 16 3 职业选拔与培训例如 对新工人应作就业前体检 有血管痉挛和肢端血管失调及神经炎患者 禁止从事振动作业 对从事振动作业的操作人员进行健康教育和进行必要的健康教育 加强技术训练 减少作业中的静力作业成分 4