Ergonomia Wykłady ZiM

1

DRGANIA MECHANICZNE

(wibracje)

Ergonomia Wykłady ZiM

2

Drgania mechaniczne

• Zmiany kinematyczne lub dynamiczne

układów mechanicznych w funkcji czasu
określane są mianem drgań mechanicznych.

• Ze względu na charakter tych zmian w

czasie można je podzielić na dwie kategorie:

–

wstrząsy,

–

drgania właściwe

.

Ergonomia Wykłady ZiM

3

• Drgania mechaniczne przenoszone

na organizm człowieka przekazują
mu pewną energię.

• Ze względu na odczucia człowieka

wyodrębniamy:

Ergonomia Wykłady ZiM

4

Wstrząsy

• Są to takie zmiany położenia, na które

organizm może reagować czynnie poprzez swe

mięśnie.

• Z fizjologicznego punktu widzenia są to

nieregularne, krótkotrwałe przemieszczenia

cząsteczki względem wybranego układu

odniesienia.

• Maksymalna wartość przyspieszenia

(a)

jest

podstawową cechą wstrząsu.

• Instrumenty pomiarowe muszą posiadać

liniową charakterystykę częstotliwości i fazy w

zakresie częstotliwości określonym przez

widmo mierzonego impulsu.

Ergonomia Wykłady ZiM

5

Drgania

• Są to zmiany położenia w czasie, na

które organizm reaguje jedynie
biernie, gdyż układ nerwowy, narząd
równowagi i mięśnie nie są zdolne
reagować na każdy impuls
oddzielnie.

• Przyjęto następujące określenia:

Ergonomia Wykłady ZiM

6

Drgania swobodne

• odbywają się bez zewnętrznego

oddziaływania i wydatkowania
energii na zewnątrz

Ergonomia Wykłady ZiM

7

Drgania wymuszone

• odbywają się pod działaniem

dynamicznych lub kinematycznych
czynników zewnętrznych będących
funkcjami czasu, niezależnie od
drgań układu

Ergonomia Wykłady ZiM

8

Drgania ustalone

• mogą być ciągłe lub przerywane o

łącznym czasie trwania t > niż 30
minut/ dobę

Ergonomia Wykłady ZiM

9

Drgania sporadyczne

• o łącznym czasie trwania < 30 minut/

dobę

Ergonomia Wykłady ZiM

10

Wpływ drgań na człowieka

Wyodrębniamy ze względu na:

• parametry opisujące drgania,
• miejsce przekazywanie ich na ciało

człowieka,

• indywidualne cechy fizjologiczne i

psychologiczne

Ergonomia Wykłady ZiM

11

Parametry opisujące drgania

• częstotliwość

f (Hz)

f (Hz)

oraz jej skład widmowy,

• przemieszczenie drgań

s (w m)

s (w m)

, czyli położenie

cząstki względem układu odniesienia,

• prędkość drgań

v (m /s)

v (m /s)

- pierwsza pochodna

przemieszczenia po czasie,

• przyspieszenie drgań

a (m/s

a (m/s

2

2

)

)

- druga

pochodna przemieszczenia po czasie,

• logarytmiczny poziom drgań

L (dB)

L (dB)

• regularność drgań,

• czas trwania drgań

t,

t,

w którym wartości

amplitud ocenianego parametru ruchu są

> 0.2

> 0.2

wartości

A

A

max

max

Ergonomia Wykłady ZiM

12

Poziom drgań

L = 20 x lg b/b

L = 20 x lg b/b

o

o

Gdzie:
• b

o

jest poziomem odniesienia i w

zależności od parametru wynosi:

–

a

a

o

o

= 10

= 10

-6

-6

m/s

m/s

2

2

;

;

–

v

v

o

o

= 10

= 10

-8

-8

m/s ;

m/s ;

–

s

s

o

o

= 10

= 10

11

11

m.

m.

Ergonomia Wykłady ZiM

13

Organizm odbiera drgania w określonych

obszarach, pomiędzy określonymi granicami:

• dolną, która odpowiada czuciu drgań o

amplitudzie

A = 0.008 cm (x = 0), f = 1 Hz

A = 0.008 cm (x = 0), f = 1 Hz

;

• górną, która jest granicą szkodliwości i

odpowiada

A = 80 cm (x = 80 vibrarów) i f =

A = 80 cm (x = 80 vibrarów) i f =

1 Hz

1 Hz

. Drgania o f = 1 Hz przyjmuje się za

wzorcowe.

• Za jednostkę intensywności drgań

x

x

przyjmuje się

vibrar

vibrar

.

• Dla receptorów czuciowych podobnie jak dla

pozostałych zmysłów obowiązuje

prawo

prawo

Webera-Fechnera

Webera-Fechnera

(odczucie jest

proporcjonalne do logarytmu podniety).

Ergonomia Wykłady ZiM

14

Natężenie drgań:

•

c = b

c = b

2

2

/f

/f

,

,

gdzie:
• b - maksymalna amplituda

przyspieszenia a w m/

2

,

• f - częstotliwość w Hz.

Ergonomia Wykłady ZiM

15

Prawo Webera-Fechnera

x = 10 lg x/x

x = 10 lg x/x

0

0

• gdzie : c

0

= 0,1 cm/sek.2 - poziom

odniesienia dla f = 1 Hz.

Ergonomia Wykłady ZiM

16

• Przyrost wskaźnika

x

x

o 1 vibr

oznacza, że intensywność drgań
wzrasta 10 razy co wynosi 1.023
wartości porównawczej

c

c

0

0

.

• Wartość

x

x

jest różna dla różnych

częstotliwości.

• Całą rodzinę krzywych jednakowego

odczuwania drgań podzielono na 80
jednostek i nazwano je

palami.

palami.

Ergonomia Wykłady ZiM

17

Ergonomia Wykłady ZiM

18

Rodzaje odczuć człowieka w

zależności od wartości

drgań

Przyspieszenie ziemskie

Przyspieszenie ziemskie

g

g

Pale

Pale

Rodzaj wrażenia

Rodzaj wrażenia

poniżej 0.001

poniżej 0.001

 

 

nieodczuwalne

nieodczuwalne

0.001 - 0.01

0.001 - 0.01

0 - 10

0 - 10

słabo odczuwane

słabo odczuwane

do 0.01

do 0.01

10 -

10 -

40

40

dobrze odczuwalne

dobrze odczuwalne

do 1.00

do 1.00

40 -

40 -

40

40

nieprzyjemne o słabym

nieprzyjemne o słabym

nasileniu

nasileniu

do 10

do 10

50 -

50 -

60

60

o dużym nasileniu

o dużym nasileniu

> 10

> 10

60 -

60 -

80

80

bardzo silne, szkodliwe

bardzo silne, szkodliwe

Ergonomia Wykłady ZiM

19

Ocenę drgań można przeprowadzać w

odniesieniu do zagadnień
technicznych oraz higienicznych,
czyli narażenia człowieka.

Aspekt techniczny jest zagadnieniem

szerokim i skomplikowanym
możliwym do realizacji przez
specjalistów

.

Ergonomia Wykłady ZiM

20

Kryteria oceny higienicznej

•

Wartość skuteczna RMS przyspieszenia a w

Wartość skuteczna RMS przyspieszenia a w

tercjach lub oktawach

tercjach lub oktawach

(miara intensywności),

•

Wartość skorygowana przyspieszenia drgań

Wartość skorygowana przyspieszenia drgań

a

a

(stosując filtry korekcyjne, uwzględniające

(stosując filtry korekcyjne, uwzględniające

właściwości człowieka, czyli widmo liniowe drgań

właściwości człowieka, czyli widmo liniowe drgań

sprowadzone do jednej wartości normatywnej,

sprowadzone do jednej wartości normatywnej,

dającej informację o narażeniu człowieka),

dającej informację o narażeniu człowieka),

•

Czas oddziaływania drgań na człowieka t

Czas oddziaływania drgań na człowieka t

,

•

Częstotliwość f

Częstotliwość f

w pasmach 1/4 oktawowych

lub 1/3 oktawowych.

Ergonomia Wykłady ZiM

21

Ergonomia Wykłady ZiM

22

Oddziaływanie drgań na

organizm człowieka zależy od

• przyjętej pozycji ciała (stojącej,

siedzącej),

• częstotliwości drgań (

tym większe im

tym większe im

bardziej pokrywa się ona z częstotliwością drgań

bardziej pokrywa się ona z częstotliwością drgań

własnych narządów wewnętrznych

własnych narządów wewnętrznych

):

– 50 Hz - dolegliwości w mięśniach łydkowych,

– 70 Hz - dolegliwości w stopach,

– 20 Hz, < 250 Hz - układ nerwowy,

– 400 Hz - piekące bóle w miejscach kontaktu

ciała z elementem drgającym

Ergonomia Wykłady ZiM

23

• czasu narażenia:

–

objawy chorobowe pojawiają się zwykle

objawy chorobowe pojawiają się zwykle

po 3 - 4 latach pracy,

po 3 - 4 latach pracy,

–

objawy kliniczne pojawiają się zwykle po

objawy kliniczne pojawiają się zwykle po

5 - 6 latach pracy,

5 - 6 latach pracy,

• wagi elementu i siły nacisku

,

Ergonomia Wykłady ZiM

24

•

powierzchni styku ciała z

powierzchni styku ciała z

elementem drgającym

elementem drgającym

(energetyczny charakter tego działania,

(energetyczny charakter tego działania,

czyli ilość przekazywanej energii Q,

czyli ilość przekazywanej energii Q,

zależna jest od natężenia drgań c, czasu

zależna jest od natężenia drgań c, czasu

narażenia t oraz powierzchni styku ciała z

narażenia t oraz powierzchni styku ciała z

elementem drgającym S ;

elementem drgającym S ;

Q = c x S x t

),

Ergonomia Wykłady ZiM

25

• wieku człowieka (dotyczy to

zwłaszcza procesu kostnienia tkanki
łącznej),

• indywidualnych predyspozycji

narażonego i jego stanu zdrowia.

Ergonomia Wykłady ZiM

26

Drgania o działaniu ogólnym

• drgania o ogólnym działaniu na

organizmu człowieka, przenoszone
przez nogi, miednicę, plecy lub boki
(drgania ogólne)

Ergonomia Wykłady ZiM

27

Ergonomia Wykłady ZiM

28

Drgania o działaniu

miejscowym

• drgania działające na organizm

człowieka przez kończyny górne
(drgania miejscowe)

Ergonomia Wykłady ZiM

29

Ergonomia Wykłady ZiM

30

Skutki oddziaływania drgań

mechanicznych

• Drgania mechaniczne przenoszone z układów

drgających do organizmu człowieka mogą

negatywnie oddziaływać bezpośrednio na

poszczególne tkanki i naczynia krwionośne,

bądź też mogą spowodować wzbudzenie do

drgań całego ciała lub jego części, a nawet

struktur komórkowych.

• Długotrwałe narażenie człowieka na drgania

może wywołać szereg zaburzeń w

organizmie, doprowadzając w konsekwencji

do trwałych, nieodwracalnych zmian

chorobowych

Ergonomia Wykłady ZiM

31

Najwyższe dopuszczalne

natężenia

•

(NDN)

(NDN)

drgań mechanicznych, zarówno

działających na człowieka przez kończyny

górne jak też o ogólnym działaniu, są wyrażone

jako dopuszczalne wartości

sum

sum

wektorowych

wektorowych

ważonych częstotliwościowo

ważonych częstotliwościowo

przyspieszeń

przyspieszeń

trzech składowych

trzech składowych

kierunkowych drgań x, y, z.

kierunkowych drgań x, y, z.

• Podano je w rozporządzeniu ministra pracy i

polityki socjalnej z dnia 29 listopada 2002 r. w

sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i

natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w

środowisku pracy.

Ergonomia Wykłady ZiM

32

Dla drgań działających przez

kończyny górne

• wartość sumy wektorowej skutecznych,

ważonych częstotliwościowo  przyspieszeń
drgań wyznaczonych dla trzech składowych
 kierunkowych x, y i z nie powinna przekraczać

2,8 m/s

2,8 m/s

2

2

, przy 8-godzinnej ekspozycji;

• dla ekspozycji trwających 30 minut i krócej

maksymalna dopuszczalna wartość  sumy
wektorowej przyspieszeń drgań wyznaczonych
dla trzech składowych x, y i z nie powinna
przekraczać

11,2

11,2

 m/s

 m/s

2

2

Ergonomia Wykłady ZiM

33

Dla drgań o działaniu

ogólnym

• wartość sumy wektorowej skutecznych,

ważonych częstotliwościowo przyspieszeń

drgań wyznaczonych dla trzech składowych

 kierunkowych x, y i z nie powinna

przekraczać

0,8 m/s

0,8 m/s

2

2

, przy 8-godzinnej

ekspozycji ;

• dla ekspozycji trwających 30 minut i krócej

maksymalna dopuszczalna wartość  sumy

wektorowej skutecznych, przyspieszeń

drgań dla trzech składowych kierunkowych

x, y i z nie powinna przekraczać

3,2  m/s

3,2  m/s

2

2

.

Ergonomia Wykłady ZiM

34

•

Nie wolno zatrudniać kobiet w

Nie wolno zatrudniać kobiet w

ciąży przy żadnej pracy  w

ciąży przy żadnej pracy  w

warunkach narażenia na drgania

warunkach narażenia na drgania

o ogólnym działaniu na organizm

o ogólnym działaniu na organizm

człowieka.

człowieka.

•

Dla drgań o oddziaływaniu

Dla drgań o oddziaływaniu

miejscowym a

miejscowym a

max

max

< 1 m/s

< 1 m/s

2

2

.

.

Ergonomia Wykłady ZiM

35

Ocena ryzyka zawodowego

•

Na obecnym etapie rozwoju i

Na obecnym etapie rozwoju i

realizacji polityki bezpieczeństwa

realizacji polityki bezpieczeństwa

pracy i ochrony zdrowia

pracy i ochrony zdrowia

wyznaczenie ekspozycji

wyznaczenie ekspozycji

pracowników na czynniki fizyczne

pracowników na czynniki fizyczne

występujące w środowisku pracy

występujące w środowisku pracy

jest często niewystarczające

jest często niewystarczające

Ergonomia Wykłady ZiM

36

• W celu stworzenia możliwości

zarządzania bezpieczeństwem  i
higieną pracy oraz ochroną zdrowia

konieczna jest ocena ryzyka

konieczna jest ocena ryzyka

zawodowego, do której jest

zawodowego, do której jest

zobowiązany każdy pracodawca

zobowiązany każdy pracodawca

w

myśl postanowień rozporządzenia
ministra pracy i polityki socjalnej z
dnia 26 września 1997 r. w sprawie
ogólnych przepisów bezpieczeństwa i
higieny pracy

Ergonomia Wykłady ZiM

37

• Aby ocenić ryzyko zawodowe, nie wystarczy

określić czy na danym stanowisku pracy
występują, czy też nie występują
przekroczenia ustalonych ze względu na
ochronę zdrowia wartości dopuszczalnych.

• Wymaga się tu określenia poziomu

badanego czynnika w stosunku do
ustalonych wartości dopuszczalnych nawet
wówczas, gdy na kontrolowanym
stanowisku pracy przekroczenia wartości
dopuszczalnych nie występują.

Ergonomia Wykłady ZiM

38

•

Poziom czynnika w stosunku do

Poziom czynnika w stosunku do

wartości dopuszczalnej określany

wartości dopuszczalnej określany

jest przez wyznaczenie tzw.

jest przez wyznaczenie tzw.

krotności czynnika.

krotności czynnika.

Ergonomia Wykłady ZiM

39

Zgodnie z normą przyjmuje

się, że:

•

jeżeli wyznaczona dla stanowiska pracy krotność jest

jeżeli wyznaczona dla stanowiska pracy krotność jest

mniejsza od 0,5 (k < 0,5), to ryzyko wystąpienia

mniejsza od 0,5 (k < 0,5), to ryzyko wystąpienia

niekorzystnych dla zdrowia pracowników następstw

niekorzystnych dla zdrowia pracowników następstw

narażenia na drgania na tym stanowisku jest małe, (M);

narażenia na drgania na tym stanowisku jest małe, (M);

•

jeżeli wyznaczona dla stanowiska pracy krotność

jeżeli wyznaczona dla stanowiska pracy krotność

jest równa 0,5 lub większa, ale nie przekracza 1 (0,5

jest równa 0,5 lub większa, ale nie przekracza 1 (0,5

=< k =< 1), to ryzyko zawodowe przy narażeniu na

=< k =< 1), to ryzyko zawodowe przy narażeniu na

drgania jest ryzykiem (średnim - Ś);

drgania jest ryzykiem (średnim - Ś);

•

jeżeli wyznaczona dla stanowiska pracy krotność

jeżeli wyznaczona dla stanowiska pracy krotność

jest większa od 1 (k > 1), to ryzyko związane z

jest większa od 1 (k > 1), to ryzyko związane z

narażeniem na te drgania jest ryzykiem

narażeniem na te drgania jest ryzykiem

niedopuszczalnym (dużym - D).

niedopuszczalnym (dużym - D).

Ergonomia Wykłady ZiM

40

Metody ograniczania

zagrożeń drganiami

mechanicznymi

Metody techniczne:

• minimalizowanie drgań u źródła ich

powstawania (zmniejszanie wibroaktywności

źródeł)

• minimalizowanie drgań na drodze ich

propagacji

• automatyzację procesów technologicznych i

zdalne sterowanie źródłami drgań

Ergonomia Wykłady ZiM

41

Ograniczenie zagrożeń drganiami mechanicznymi

metodami organizacyjno-administracyjnymi:

• skracanie czasu narażenia na drgania w ciągu

zmiany roboczej

• wydzielanie specjalnych pomieszczeń do

odpoczynku

• przesuwanie do pracy na innych stanowiskach

osób szczególnie wrażliwych na działanie drgań

• szkolenia pracowników w celu uświadomienia

ich o występujących zagrożeniach

powodowanych ekspozycją na drgania oraz w

zakresie możliwie bezpiecznej obsługi maszyn i

narzędzi

.

Ergonomia Wykłady ZiM

42

Metody organizacyjno-

Metody organizacyjno-

administracyjne powinny być

administracyjne powinny być

stosowane zwłaszcza tam, gdzie

stosowane zwłaszcza tam, gdzie

brak jest możliwości

brak jest możliwości

ograniczenia zagrożeń metodami

ograniczenia zagrożeń metodami

technicznymi.

technicznymi.

Ergonomia Wykłady ZiM

43

Zmiany w niektórych układach

człowieka pod wpływem drgań

• układ oddechowy: zmiany rytmu i

częstości oddychania
(przyspieszenie),

• narząd słuchu: zwykle towarzyszy

głuchota zawodowa

Ergonomia Wykłady ZiM

44

•

układ nerwowy

układ nerwowy

: zaburzenia czucia, bólu,

dotyku, (nie wszystkie miejsca na skórze
mają tą samą wrażliwość na drgania:
największą mają palce rąk, sklepienie
stopy, brzuch), niezrównoważenie
emocjonalne (najpierw nadmierna
pobudliwość a następnie apatia),
uszkodzenie komórek rdzenia nerwowego,
krwawe wylewy na skutek drgań o dużej
energii, nerwica wegetatywna, zaburzenia
koordynacji rąk, bezsenność, wzmożone
pocenie, zmiany przemiany materii,
osłabienie,

Ergonomia Wykłady ZiM

45

•

układ kostno - stawowy

układ kostno - stawowy

(najczęściej zaatakowany jest staw
łokciowy, rzadziej barkowy i
nadgarstka): wzrost mazi stawowej i
tkanki tworzącej torebkę stawową,
wysięki, zapalenia pochewek
ścięgnistych, zwapnienie wiązadeł,
tworze- nie wyrośli kostnych,
odwapnienia, torbiele,
przewapnienia, pęknięcia, martwica,

Ergonomia Wykłady ZiM

46

•

układ mięśniowy

układ mięśniowy

: w pierwszym okresie

powiększenie masy mięśnia, a następnie jego
zanik, poza tym bolesne skurcze (zwłaszcza
mięśni przed-ramienia, rąk i podudzi), spadek
siły i tonusu mięśni, dwukrotnie wyższy WE,
drżenie,- układ krwionośny: skurcz naczyń,
spadek ciśnienia krwi, blednięcie, sinica skóry
(tzw. choroba 3 palców), drętwienie,
martwota, duża bolesność,- układ trawienny:
bóle żołądka, zaburzenie trawienia, obniżenie
żołądka, zwiotczenie jego ścian, nieżyt błony
śluzowej,

Ergonomia Wykłady ZiM

47

• skóra: spadek temperatury od 28oC

do 15oC (zwłaszcza rąk),
zniekształcenia opuszków palców
("pałeczki dobosza", pogrubienie,
rogowacenie, zatarcie linii
papilarnych, pęknięcia, ropienia,
łuszczenie naskórka),

Ergonomia Wykłady ZiM

48

• narząd wzroku: zaburzenie ostrości

widzenia i widzenia barw, wzrost
zmęczenia wzroku,

Ergonomia Wykłady ZiM

49

Obniżenie szkodliwych

skutków

• dostarczenie do ustroju dostatecznej ilości

witamin takich jak: B

1

,B

2

,C, PP,

• przestrzeganie warunków określonych przez

normatywy higieniczne,

• nie zatrudnianie w środowisku drgającym

młodocianych i kobiet,

• przestrzeganie zalecanego czasu pracy

(kontakt z elementem wibrującym nie

powinien przekraczać 2/3 czasu dniówki),

• zalecenie po każdej godzinie pracy (oprócz

przerwy obiadowej) przerwy 10-15 minutowej,

• rotacja grup pracowniczych,

Ergonomia Wykłady ZiM

50

• zapewnienie odpowiedniego

mikroklimatu na stanowisku pracy:

t < 16

t < 16

o

o

C,

C,

W

W

w

w

= 40 - 60 %,

= 40 - 60 %,

ω

ω

= 0.3 m/s.,

= 0.3 m/s.,

• stosowanie nagrzewnic emitujących

strugę powietrza o t = 25o-28 oC na

ręce pracowników o v = 1-3 m/sek.,

• stosowanie ochron indywidualnych

(pasy, poduszki, rękawice, wkładki do

obuwia, rękawy).

Ergonomia Wykłady ZiM

51

Pytania ????

Pytania ????