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 narażenia 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 inż. 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 niewyrównoważenia statycznego lub dynamicznego, wywołanego
segregacją gęstości materiału, błędami ich wykonania i montażu 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
montażu. 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. Łożysko toczne, którego zarówno

elementy toczne, jak i bieżnia wewnętrzna i zewnętrzna posiadają jedną, pewną nieregularność
kształtu (np. w postaci wgłębienia lub występu, „garbu”) generuje drgania wymuszone, których
podstawowe składowe w liczbie 7 różnią się częstotliwościami, a te z kolei można 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
niewyrównoważenia statycznego, dynamicznego

zespołów i

elementów

,

będących w ruchu

obrotowym, odchyłki błędów wykonania i montażu itp. decyduje o charakterystykach drgań
złożonych generowanych przez łożysko.

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,
niewyrównoważenia wirnika, jego łożysk, błędów wykonania i montażu.....

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, ważone w dziedzinie częstotliwości, zmieniają się nie więcej niż 2 razy
w stosunku do najmniejszej mierzonej wartości wymienionych parametrów.

Drgania nieustalone - jw. gdy ww. zmiany są większe niż 2 razy

.

Narażenie ciągłe (narażenie ciągłej ekspozycji drgań) - narażenie 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.

Narażanie przerywane - narażenie na oddziaływanie drgań, występujące wielokrotnie w ciągu zmiany
robocze z przerwami, w których to narażenie zanika; przerwy mogą być spowodowane
przemieszczaniem się osób, cyklicznością technologii, wyłączeniem źródeł drgań itp.

Narażenie 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. Dłuższe 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 zależy od: - ilości przenoszonej energii ,

]

[Nm

Q

, - natężenia drgań

]

[

2

m

W

I

,

- czasu ekspozycji t[s], - powierzchni S [m

2

] bezpośredniego kontaktu człowieka z przedmiotem

drgającym, przy czym rozważane 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 różnorodnych 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 niż naczyniowe (po
2 latach pracy)
Wibrację, drgania jako mniej lub bardziej złożony 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
można rozpatrywać jako bardzo złożony układ masowo-sprężysty o bardzo dużej liczbie stopni swobody
i zróżnicowanych cechach charakteryzujących sprężystość, 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 wyrażają: „i” - liczba porządkowa pomiaru, w,zm - ważona 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 sprężystego 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 złożonych w określonym zakresie

częstotliwości, w ograniczonym w czasie pomiarów filtrami dolnoprzepustowym

f

f

g

≤

lub zestawem

dwóch filtrów złożonym z filtra górno

przepustowego i filtra dolnoprzepustowego

f

f

f

d

g

≤ ≤

[Hz]

Wielkości skuteczne przyspieszeń drgań

i

RMS

a

mogą być również 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 zależnościach wyraża liczbę porządkową rozważanego pasma

częstotliwości). Łatwo spostrzec, że szerokość pasma częstotliwości

∆

f

i

zwiększa się w miarę wzrostu

częstotliwości środkowej

i

úr

f

,

, gdyż

i

úr

i

f

f

,

⋅

=

∆

γ

. Na szczególną uwagę zasługują stałoprocentowe

(względne)

pasma częstotliwości:

-

oktawowe, dla których spełnione są zależności

71%

=

0,71

więc

a

,

≅

=

O

d

g

f

f

γ

2

,

- tercjowe (1/3 oktawy - ponieważ, 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 używa 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]. Ponieważ procesy wibroakustyczne mają charakter przypadkowy, to w tym przypadku kapitalnego
znaczenia nabiera czas uśredniania T

A

=T wyniku w każdym filtrze. Czas ten zależy oczywiście od

wielkości dopuszczalnego błędu

w

ε

, jaki możemy popełnić przy analizie. Gdy błąd ten wyrazimy jako

wielkość względną w procentach, można 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 zależny jest od szerokości

f

∆

pasma i błędu

w

ε

. Dla analizatorów równoległych

całkowity czas analizy t

aw

będzie równy czasowi pomiaru procesu w najwęższym filtrze

min

f

∆

.

Natomiast czas przestrajania analizatorów szeregowych (starszego typu) można 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 można 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 leżącej, przy czym zakres częstotliwości – dziedzina częstotliwości tych
drgań - przy ocenie narażenia 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 narażenia wynosi i 5,6 [Hz] do 1400 [Hz] - [12].

Ozn.

Drgania:

Dziedzina

częstotliwości

f [Hz]

Metoda
widmowa MW

Metoda
ważona 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) narażenia człowieka na oddziaływanie drgań, a mianowicie:
1.) szkodliwości, 2.) uciążliwości, 3.) komfortu pracy człowieka przy ciągłej ekspozycji (narażenie
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 uciążliwości) uciążliwego

oddziaływania drgań jako podstawowe kryterium oceny narażenia 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
narażenia

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 uciążliwego 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 ważona.

Ocenę narażenia 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), należy przeprowadzić w oparciu o wielkość ściśle
określonego wskaźnika, a mianowicie:
- średniokwadratowa wartość ważona

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 ważonych 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 ważone (skuteczne) określone w dziedzinie częstotliwości (2),

określone w

i- tych pomiarach.

Metodę oceny ważonej drgań, należy stosować do oceny narażenia 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 można zakwalifikować każde
stanowisko pracy do klasy stanowisk o dopuszczalnych drganiach, jeżeli 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, że dla drgań ogólnych wielkości

dop

w

a

,

są ujęte w tablicy 2, gdy zakres częstotliwości

rozważanych 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 ważone przyspieszeń drgań ogólnych (o ogólnym oddziaływaniu na organizm człowieka)

Składowe drgań

Dopuszczalne wartości ważone 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 ważone przyspieszeń drgań miejscowych(oddziaływujących na kończyny górne

) człowieka)

Składowe drgań

Dopuszczalne wartości ważone 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 może być dokonana wg następującego „scenariusza”.
1-

wyznaczenie, lub założenie - zgodnie z PN-91/N-01352 - wartości współczynnika szczytu k, (tzn.
zdecydowanie się na określoną kategorię narażenia 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 narażenia człowieka na drgania, którym jest wielkość – określona wg.
wzoru (8) – średnia ważona 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-

jeżeli

ś

r

w

a

s

m

ś

r

w

a

,

]

/

[

,

2

&

>

, to należy stwierdzić, że drgania są nadmiernie duże i niedopuszczalne

ze względów na ergonomiczne determinanty na tym stanowisku pracy, jeżeli 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 należy

stosować do oceny narażenia zwłaszcza na drgania nieustalone, o nieregularnie przerywanym
oddziaływaniu na organizm człowieka w trakcie całej zmiany roboczej T=480 [min]. Ocenianymi
parametrami drgań są:
-

równoważna, (ekwiwalentna, odpowiadająca w pewnym sensie skutkom i wskaźnikom drgań

Sformatowano

9

określonych zależnością (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 równoważnych (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

, chociaż

dopuszcza się wyznaczenie tego czasu na podstawie wywiadu.

Dawkę drgań D należy 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 różnych narażeń na drgania, ze względu
na wartość współczynnika szczytu, należy drgania zaliczyć do jednego z trzech zakresów wg tablicy 2,
dla

drgań ogólnych (i wg tablicy 3 dla drgań miejscowych), przedzielonych przerwami o różnej 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 (ważonej) w
dziedzinie częstotliwości

a

RMS,

=a

w,ś®,i

, realizowanych w różnych 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] należy porównać

równoważną wartość ważoną przyspieszeń drgań

eq

w

a

,

(określoną za pomocą wzoru (12)), z

dopuszczalną wartością ważoną 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 ważoną przyspieszeń drgań dla składowej pionowej,- podaną w tablicy 2
(dotyczy tylko drgań ogólnych);
a w razie przekroczenia tej wartości należy obliczyć jego wielokrotność;

b)

t

r

<

480 [min] należy wyliczyć ze wzoru (12) równoważną 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

,

należy szukać w tablicy 2 dla drgań ogólnych, a w tablicy 3 dla drgań miejscowych;

dla drgań ogólnych można stosować wzór (17) w którym

aw dop

,

należy 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 narażenia”.

[10] PN-83/N-01354 - „Drgania. Dopuszczalne wartości przyspieszenia drgań o ogólnym oddziaływaniu na organizm

człowieka i metody oceny narażenia”.

[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 narażenia”.

[13] PN-91/N-01354 - „Drgania. Dopuszczalne wartości przyspieszenia drgań o ogólnym oddziaływaniu na organizm

człowieka i metody oceny narażenia”.

[14] Rosner J.

-

„Podstawy ergonomii”, PWN, Warszawa 1982