Ocena drgań na stanowiskach pracy w urządzeniach transportowych

WPŁYW DRGAŃ NA ORGANIZM LUDZKI

Wszystkie urządzenia techniczne w czasie pracy wywierają określony wpływ na organizm ludzki. Najsilniejszy wpływ wywierają te urządzenia, które mają elementy obracające się, pozostające w ruchu posuwisto-zwrotnym oraz elementy wywołujące zjawiska uderzeniowe. Wszystkie pojazdy pozostające w ruchu również wywierają silny wpływ na organizm ludzki, zwłaszcza na osoby przebywające dłuższy czas w pojeździe. Najsilniejsze oddziaływanie urządzeń technicznych na człowieka wynika z drgań miejsca, w którym człowiek przebywa oraz z hałasu, który występuje w tym miejscu. Drgania i hałas określają ergonomiczne warunki badanego miejsca pracy. Ergonomiczne warunki pracy określa się przez porównanie amplitud zmierzonych drgań i poziomu hałasu z wartościami dopuszczalnymi podanymi w odpowiednich normach.

Drgania są jednym z czynników wpływających niekorzystnie na zdrowie i wydajność pracy człowieka. Przez wibracje rozumie się drgania mechaniczne, które są przekazywane ciału ludzkiemu przez pracujące urządzenie lub konstrukcje. Drgania mechaniczne występują w każdym pojeździe i za pośrednictwem siedziska przekazywane są na ciało człowieka. Gdy drgania są przenoszone przez pośladki, plecy lub stopy, to mówi się o drganiach ogólnych całego ciała. W przypadku, gdy drgania są "doprowadzone" do ciała przez układ ręka-ramię (np. przy pracy młotem pneumatycznym, wiertarką udarową) wówczas są to drgania miejscowe.

Ocena oddziaływania drgań mechanicznych na organizm ludzki jest trudna, gdyż zależy ona od wielu czynników, między innymi od własności fizycz­nych, fizjologicznych i psychicznych człowieka, częstości drgań własnych organów wewnętrznych człowieka oraz zdolności adaptacyjnych organizmu człowieka. Na podstawie licznych eksperymentów stwierdzono, że oddziaływanie drgań powoduje zmiany czynnościowe układu nerwowego, odczu­cie zmęczenia, zmniejszenie precyzji wykonywanych czynności.

Szczególnie niebezpieczne są drgania wymuszone o częstotliwościach zbliżonych do częstotliwości rezonansowych organów wewnętrznych człowieka. Przeprowadzone badania pozwoliły określić niektóre zakresy częstotliwości, na które organizm ludzki jest szczególnie wrażliwy. Dla drgań pionowych następujące zakresy częstotliwości są szczególnie niebezpieczne:

-pasmo 0,4 -0,8 H z -strefa rezonansu narządów wewnętrznych,

-pasmo 2 -4 Hz -rezonans żołądka,

-około 5 H z -rezonans ramion,

-20 H z -rezonans głowy.

Z badań przeprowadzonych w Instytucie Transportu Politechniki Warszawskiej wynika, że w pojazdach szynowych występują drgania w zakresie częstotliwości od 0 do 200 Hz, przy czym najczęściej występują pasma 0 -4 Hz, 6 -12 Hz, 16 -25 Hz, 60 -120 Hz, dla których amplitudy przyspieszeń przyjmują szczególnie duże wartości. Pasma te wynikają z częstości własnych masy usprężynowanej i nieusprężynowanej pojazdu, nierówności toru, stanu toru i pojazdu itp.

W celu określenia wpływu drgań na organizm ludzki wykonuje się najczęściej pomiar przyspieszeń bezwzględnych występujących w analizowanym punkcie pomiarowym, a następnie znajduje się widmo amplitudowo-częstotliwościowe przyspieszeń zmierzonych i porównuje się je z wartościami dopusz­czalnymi, podanymi w normach dla poszczególnych częstotliwości.

Budowa ciała ludzkiego sprzyja biernej obronie przed oddziaływaniem drgań. Możliwe to jest dzięki dużej sprężystości, krzywiznom kręgosłupa, podkładce tłuszczowej mięśni oraz obecności płynów ustrojowych otaczają­cych niektóre narządy.

Gdy drgania działają w dłuższym okresie czasu (miesiące, lata) mogą wystąpić zmiany w układzie kostnym, nerwowym i naczyniowym. Powstają narośla i wypustki kostne kości promieniowej, "ostrogi" kości łokciowej oraz martwice (obumieranie) tkanki kostnej na skutek niedokrwienia. Później dochodzi do zwapnień torebek stawowych, okostnej i wiązadeł, do zmian degeneracyjnych stawów rąk i zmian troficznych w obrębie palców (zaczerwienienie lub sinienie wynikające z zaburzeń krążenia krwi). Następnie występują zaburzenia snu, stany podgorączkowe, pobudliwość nerwowa, bóle głowy, serca.

Dłuższe przebywanie w strefie drgań intensywnych powoduje zmiany czynności kory mózgowej, która jest podłożem procesów postrzegania, myślenia, zapamiętywania, odbierania wrażeń subiektywnych. Zmienia się również sprawność wzroku, ponieważ oczy współpracują z nerwami i korą mózgową.

Szczególnie niebezpieczne są drgania o częstotliwościach zbliżonych do częstotliwości drgań własnych poszczególnych narządów.

Choroba wibracyjna

Pierwsze objawy mają miejsce po 3 -4 latach pracy w środowisku wibracyjnym, czasem jednak te objawy występują wcześniej.

Rozróżnia się następujące rodzaje drgań oddziałujących na organizm człowieka na stanowisku pracy:

-drgania ogólne w zakresie częstotliwości 07109 Hz,

-drgania miejscowe w zakresie częstotliwości 57 1500 Hz,

-wibracje lokomocyjne w zakresie częstotliwości 0,27 16 Hz.

Choroba wibracyjna dla częstotliwości drgań miejscowych w zakresie 35 7 7250 Hz: występują zmiany naczyń obwodowych w kończynach górnych i rzadziej dolnych, powodują one bóle, uczucie drętwienia i zimna oraz zmęczenia, skóra robi się blada, występują objawy sinicy. Następuje obniżenie temperatury skóry kończyn, skurcz naczyń, ciśnienie obniża się. Występują bóle i zawroty głowy oraz oczopląs, a także osłabienie reakcji na bodźce świetlne i dźwiękowe.

Choroba wibracyjna dla f < 35 H z przebiega nieco łagodniej, ale występują silniejsze zaburzenia zmysłów czucia bólu, zawroty głowy, szybkie męczenie się, bóle żołądka oraz zaburzenia równowagi.

Podczas jazdy samochodem lub lokomotywą występuje zwiększenie wydatku energetycznego i dla v = 20 km/h wzrasta ono o 57%, natomiast dla v = 75 km/h wzrost wynosi aż 75%. Wydatek energetyczny zależy od pozycji ciała oraz od częstotliwości drgań.

Poziom przemiany materii na skutek oddziaływania drgań zmniejsza się:

-w ciągu 1 roku narażenia na drgania jest niższy o 12,9%,

-do 3 lat jest niższy o 12% od normy,

-w ciągu 3 -6 lat jest niższy o 22,6% od normy.

Wpływ drgań na ostrość wzroku

Drgania przenoszone na człowieka wywołują ruch względny gałek ocznych, co powoduje przesuwanie się obrazów na siatkówkach. Jest to przyczyną zmęczenia wzroku i zmniejszenia obuoczności (wzroku) widzenia obrazu. Człowiek nie widzi wówczas obrazów w perspektywie, co znacznie utrudnia ocenę odległości. Jest to bardzo ważne dla kierowców w czasie jazdy. Drgania mogą pogorszyć ostrość wzroku nawet o 25%. Na ostrość widzenia największy wpływ wywierają pasma częstotliwości 25740 Hz, są to pasma rezonansowe gałki ocznej.

Długo trwające narażenie wzroku na drgania może być przyczyną zmniejszania bezpieczeństwa ruchu na skutek trudności w odczytywaniu wskazań mierników i zegarów, opóźnienia postrzegania przeszkód, mylnego rozróżniania barw oraz na skutek złej oceny odległości do przeszkód i skrzyżowań.

SPOSOBY OCENY NARAŻENIA NA DRGANIA NA STANOWISKU PRACY

Komfort jazdy w pojazdach określono pierwotnie za pomocą uproszczonych kryteriów. Jednym z prostszych jest kryterium według metody Szperlinga. Postać analityczna tego kryterium jest następująca

gdzie:

K_i - współczynnik uwzględniający wrażliwość organizmu na i -tą częstotliwość,

a_i - amplituda przemieszczeń i -tej częstotliwości,

f_i - częstotliwość analizowana,

W_i - wskaźnik spokojności dla i -tej częstotliwości.

Po znalezieniu współczynnika spokojności W_i określa się spokojność jazdy. Kryterium to ma taką samą postać dla drgań pionowych i poziomych, tylko różnią się współczynniki K_i.. Ogólnie można stwierdzić, że dla drgań poziomych współczynnik spokojności W_i może przyjmować nieco większe wartości niż dla drgań pionowych.

Według kryterium Szperlinga wyznacza się współczynniki spokojności kolejno dla wszystkich analizowanych pasm częstotliwości i wyznacza się komfort jazdy dla poszczególnych pasm. Metoda taka nie daje jednoznacznej odpowiedzi, dla każdego pasma częstotliwości otrzymuje się inny współczynnik spokojności W_i .

Drugie kryterium stosowane do oceny drgań opracował Dieckmann z Instytutu Psychologii Pracy w byłej NRD. Według niego odczuwalność drgań jest proporcjonalna do przyspieszenia i zależy od częstotliwości. Granica odczuwalnoŚci drgań zależy od częstotliwości następująco :

K=Xf2 dla f < 5Hz

K = 5if dla 50 H z < f < 40 Hz (2.2)

K = 200X dla 40 H z < f < 100 H z

W spółczynnik K w przedziale f = 0 do 5 H z ma wartość stałą dla przyspieszeń: w przedziale 5 H z < f < 40 Hz, K = const dla prędkości, w przedziale 40 Hz < f < 200 Hz, K = const dla przemieszczenia.

Na podstawie prac Dieckmanna wydano zalecenie normy VDI (Verein Deutscher Ingenieure) nr 2057.

Kryterium Dieckmanna jest dość ostre. Zalecenia VDI są opracowane pod kątem warunków pracy w przemyśle; w stosunku do drgań występujących w pojazdach są raczej zbyt ostre.

W roku 1969 Międzynarodowy Komitet Normalizacyjny (150) na podsta­wie projektu komitetu normalizacyjnego byłego RFN jako miernik odczuwalności drgań przyjął średnią kwadratową a_z z wartości przyspieszeń piono­wych występujących podczas jazdy badanego pojazdu.

W większości krajów europejskich dopuszczalne drgania dla człowieka określa się wg normy 150-2631 wydanej w 1978 r. Miernikiem odczuwalności drgań jest wartość skuteczna przyspieszenia bezwzględnego w funkcji częstotliwości, czasu oraz kierunku działania przyspieszenia. Normy te określają następujące granice:

-granicę szkodliwości ustaloną jako bezpieczną dla zdrowia i sprawności człowieka (exposure limit),

-granicę uciążliwości leżącą o 6 d B poniżej granicy szkodliwości (fatigue decreased proficiency boundary),

-granicę komfortu leżącą o 10 d B poniżej granicy uciążliwości (reduced comfort boundary).

Wymagania normy są najczęściej przedstawiane w postaci wykresów uzależniających wartości skuteczne przyspieszeń od częstotliwości przy określonym czasie pracy człowieka, czyli

a_RMS= f(f) dla t = 1 min + 24h

Według zaleceń normy ISO-2631 rozpatruje się wpływ drgań wyinuszających ruch całego ciała ludzkiego w zakresie częstotliwości od 1 do 100 Hz (drgania ogólne). Wymuszenia mogą być sinusoidalne, losowe lub uderzenio­we. Dla operatorów pracujących na maszynach przyjmuje się drgania dopusz­czalne mniejsze od granicy uciążliwości, natomiast dla pasażerów drgania nie

powinny przekroczyć granicy komfortu.

Granice drgań są uzależnione od częstotliwości i amplitudy przyspieszeń, czasu trwania oraz kierunku drgań w stosunku do ciała ludzkiego. Kryteria ustala się dla ludzi zdrowych i warunków normalnych.

Kierunki pomiarów drgań, którym może być poddane ciało ludzkie. Drgania wymuszające winny być mierzone jak najbliżej ciała, tzn. na podłodze gdy człowiek pracuje na stojąco lub na siedzisku gdy operator w takiej pozycji pracuje.

Najczęściej ocenia się przyspieszenie bezwzględne drgań wymuszających wyrażone w m/s²; mierzy się wartości skuteczne (RMS).

Układy pomiarowe składają się z czujnika (transducer), wzmacniacza i miernika poziomu lub rejestratora. Układ winien rejestrować poziom skuteczny sygnału (RMS). Sygnały drgań rejestruje się na rejestratorach magnetycznych. Drgania wymuszające należy mierzyć na elementach, które znajdują się jak najbliżej punktów wymuszających drgania ciała człowieka. Gdy człowiek stoi bezpośrednio na podłodze, to czujnik należy mocować do tej podłogi. Przy pomiarach wibracji człowieka pracującego na siedząco, drgania należy mierzyć za pomocą specjalnych dysków pomiarowych umieszczonych na siedzisku.

Kryteria komfortu są najczęściej podawane dla granicy uciążliwości (fatigue-decreased proficiency boundary). Wartości tej granicy zależą w zasadniczy sposób od następujących czynników: amplitudy drgań, częstotliwości, kierunku i czasu trwania. Rozróżnia się kierunek pionowy a_z oraz dwa kierunki poziome a_x i a_y oddziaływania drgań na ciało ludzkie.

W transporcie największe znaczenie odgrywają drgania wzdłuż osi O - Z, nazwane drganiami pionowymi. Wymuszają one drgania wzdłuż osi ciała zarówno dla osób stojących, jak i dla siedzących.

Wykresy i tablice wartości przyspieszeń skutecznych dla granicy uciążliwości, szkodliwości i komfortu wyznacza się najczęściej dla 8-godzinnego czasu pracy. Granicę szkodliwości niebezpieczną dla zdrowia (exposure limit) znajduje się łatwo z wykresów "granicy uciążliwości" przez pomnożenie tej wartości przez 2. Granicę komfortu (reduced comfort boundary) otrzymuje się z wartości granicy zmęczenia przez podzielenie jej przez 3,162, tzn. jest ona o 10 dB poniżej granicy zmęczenia.

POMIARY I ANALIZA DRGAŃ

W Instytucie Transportu opracowano metody badania i oceny drgań mechanicznych o oddziaływaniu ogólnym występujące na stanowiskach pracy w samochodach osobowych, ciężarowych i specjalnych oraz autobusach, trolejbusach i ciągnikach drogowych, a także w lokomotywach elektrycznych i spalinowych.

Metody te należy stosować przy ocenie narażenia człowieka na drgania o oddziaływaniu ogólnym, charakteryzujące się współczynnikiem szczytu nie przekraczającym 6, na stanowiskach pracy w pojazdach drogowych i szynowych oraz na stacyjnych stanowiskach pracy. Badania oparto na zaleceniach norm PN-90/K-11003 oraz PN-91/S-400, które są zgodne z normą ISO-2631.

Podczas badań należy mierzyć przyspieszenia bezwzględne w trzech kierunkach: X, Y, Z.

Prostokątny układ współrzędnych związany ze stanowiskiem pracy należy przyjąć następująco:

X -oś pozioma zorientowana wzdłuż pojazdu lub tył-przód człowieka na stanowisku pracy.

y - oś pozioma prostopadła do osi X ,

Z - oś pionowa prostopadła do płaszczyzny X Y,

pozostałe określenia -wg PN-82/N-01350, PN-83/N-01352, PN-83/N-01354.

Normalizowane parametry drgań

Ocenę narażenia na drgania należy wykonać na podstawie następujących parametrów :

-wartość skorygowana przyspieszenia drgań [mls2] w zakresie częstotliwości 0,77 100 H z dla oceny drgań metodą dozymetryczną oraz metodą oceny przyspieszeń ważonych (skorygowanych),

-wartość skuteczna (RM5) przyspieszenia drgań [m/s²] w pasmach tercjowych o częstotliwościach środkowych 0,8780 Hz dla oceny drgań metodą widmową,

-czas oddziaływania drgań na człowieka [min ] .

Zaleca się dla kierunku Z przeprowadzenie oceny narażenia na drgania w pasmach tercjowych o częstotliwościach środkowych 0,1 70,63 Hz.

Wykonanie pomiarów

Pomiary na badanych stanowiskach pracy należy wykonać następująco:

1) gdy drgania mają charakter stacjonarny, to należy wykonać trzy pomiary o łącznym czasie trwania co najmniej 60 s;

2) gdy drgania mają charakter zmienny, ale w pewnych okresach czasu można przyjąć, że przebiegi są stacjonarne, to dla każdego z tych odcinków czasu wykonuje się po trzy pomiary o łącznym czasie trwania co najmniej 60 s;

3) gdy drgania mają charakter silnie zmienny w czasie, to pomiary należy wykonywać tylko metodą dozymetryczną.

Na stacyjnych stanowiskach pracy dla stacjonarnych odcinków czasowych obrazujących określone warunki pracy należy wykonać pomiary o łącznym czasie trwania co najmniej 60 s.

Na ruchomych stanowiskach pracy należy wykonywać dla badanych wa­runków pracy lub dla danej prędkości jazdy pomiary o łącznym czasie trwania CO najmniej 60 s. W czasie wykonywania pomiarów w pojazdach należy spełnić następujące warunki, dotyczące:

-prędkości jazdy pomiarowej

-badania należy wykonać dla prędkości od 0 km/h do prędkości maksymalnej z rozdzielczością co 20 krn/h oraz dla co najmniej trzech prędkości najczęściej wykorzystywanych podczas eksploatacji danego pojazdu. Dopuszcza się wykonanie pomiarów tylko dla trzech prędkości jazdy najczęściej stosowanych w czasie eksploatacji pojazdu. Pomiary należy wykony­wać przy stałej prędkości jazdy z to­lerancją :t5%;

-rodzajów dróg -badania należy wy­konywać na drogach, które występu­ją w warunkach eksploatacji badanego pojazdu;

-obciążenia pojazdów -badania należy przeprowadzać w pojazdach nie obciążonych i z obciążeniem charakterystycznym dla eksploatacji badanego pojazdu;

-lokalizacji i mocowania czujnika drgań umieszczony w dysku pomiarowym wg PN-83/N-01352, powinien znajdować się na siedzisku pod obciążeniem człowieka

Układy pomiaru i analizy drgań

Przyrządy do pomiarów i rejestracji przyspieszenia drgań o oddziaływaniu ogólnym na stanowiskach pracy powinny umożliwiać pomiary i rejestrację przyspieszenia drgań w zakresach:

-wartości skuteczne przyspieszeń co najmniej 50 mls2,

-częstotliwości 0,7­ 100 Hz,

-dodatkowo dla kierunku Z zakres 0,08 -0,7 Hz.

Do pomiaru drgań miejscowych należy stosować przyrządy umożliwiające pomiar i rejestrację przyspieszenia drgań w zakresach:

-wartość przyspieszeń skutecznych do 100 mls2

-częstotliwości 5,6 -1500 Hz.

Rejestratory magnetyczne powinny rejestrować w systemie PM (Prequency Modulation) lub w systemie PCM (Pulse Code Modulation). Dopuszczalny błąd układu pomiarowego powinien być zgodny z wymaganiami norm, tzn. nie powinien przekraczać 20%.

Układ do pomiaru drgań metodą dozymetryczną przedstawiono na rys. 2.3a. Układ do pomiaru wartości skorygowanych przyspieszenia drgań powinien zawierać człony składowe pokazane na rys. 2.3b.

Rys. 2.4. Układy analizy przyspieszeń dla v-tego stacjonarnego odcinka czasowego: a) układ do znajdowania widma przyspieszeń skutecznych RMS metodą analogową (filtracyjną); b) układ do cyfrowego wyznaczania widma; c) układ do znajdowania przyspieszenia ważonego częstotliwościowo za pomocą widma; a_v(t) -chwilowa wartość przyspieszeń skutecznych dla v-tego stacjonarnego odcinka czasowego, a_vf(t), a_vf - chwilowa, średnia wartość przyspieszenia dla f-tego pasma częstotliwości dla pomierzonego v-tego stacjonarnego odcinka czasowego, a_wv - średnia wartość przyspieszenia ważonego częstotliwościowo, dla v-tego odcinka czasowego, obliczona z wartości amplitud widma

Pomiar współczynnika szczytu

Przyrząd pomiarowy włączyć na pomiar oznaczony LIN. Wartości szczytowe przyspieszenia drgań odczytywać lub rejestrować w ciągu 1 min oraz mierzyć wartości skuteczne przyspieszenia drgań również w ciągu 1 min. Współczynnik szczytu wyznaczać jako stosunek wartości szczytowej do wartości skutecznej dla 1 min. Do obliczeń należy przyjąć największą wartość szczytową przyspieszenia otrzymaną z pomiaru w czasie 1 min.

Gdy współczynnik szczytu jest większy od 6, to do oceny narażenia na drgania nie należy stosować metod zalecanych w niniejszym opracowaniu.

METODY OCENY NARAŻENIA NA DRGANIA

Ocenę oddziaływania drgań na stanowiskach pracy należy wykonać jedną z następujących metod:

-oceny dozymetrycznej,

-oceny przyspieszenia ważonego (skorygowanego) dla stacjonarnych odcin­ków czasu pracy, np. dla stałej prędkości jazdy v,

-oceny widmowej dla stacjonarnych odcinków czasu pracy, np. dla stałych prędkości jazdy v.

Zastosowania metod oceny narażenia

Metodę oceny dozymetrycznej należy stosować do oceny narażenia człowieka na drgania na badanych stanowiskach pracy w ciągu całej zmiany roboczej w takich warunkach, które występują w normalnej eksploatacji.

Metodę oceny przyspieszenia ważonego częstotliwościowo (skorygowanego) należy stosować do określenia narażenia na drgania w czasie jazdy ze stałymi prędkościami v dla ruchomych stanowisk pracy w pojazdach lub dla badania drgań stacjonarnych odcinków czasowych, w warunkach podanych w p. 2.4. Badania należy przeprowadzać w takich warunkach, które występują w normalnej eksploatacji badanego stanowiska pracy.

Metodę oceny widmowej należy stosować do określenia dla jakich prędkości jazdy v dla ruchomego 5P oraz dla których stacjonarnych odcinków czasowych dla stacyjnego SP występują największe narażenia na drgania na badanych SP oraz dla których tercjowych pasm częstotliwości występują największe przyspieszenia.

Ocena dozymetryczna

W metodzie oceny dozymetrycznej należy porównać równoważną wartość częstotliwościowo ważonego (skorygowanego) przyspieszenia drgań a_w, wyznaczoną w m/s² ze wzoru 2.3 poniżej, z dopuszczalnymi skorygowanymi wartościami przyspieszenia drgań a_wdop dla granicy uciążliwości.

gdzie:

D -dawka drgań [m²/s³], [m²/s⁴⋅min], zmierzona dozymetrem lub obliczona ze wzoru następnego 2.4,

T- czas oddziaływania drgań na organizm kierowcy w ciągu jednej zmiany roboczej [s], [min].

Pomiar dawki drgań

Dawkę drgań należy mierzyć dozymetrem drgań zgodnie z PN-91/N-01352, w typowych warunkach pracy dla badanego stanowiska pracy, w ciągu całej zmiany roboczej. Czujnik przyspieszenia (akcelerometr) należy umieścić na siedzisku pod obciążeniem operatora i dołączyć go do dozymetru zgodnie z rys 2.3. Dozymetr ma wbudowane równoległe filtry korekcyjne dla całego zakresu mierzonych częstotliwości.

Zadaniem filtra korekcyjnego jest zrealizowanie ważenia częstotliwościowego zmierzonych sygnałów, które powoduje, że każda składowa częstotliwość sygnału jest wytłumiana przez filtr zgodnie z zaleceniami oraz na wykresie pokazanym na rysunku 2.5.

Dla drgań pionowych dopuszczalnym poziomem przyspieszeń dla granicy uciążliwości jest wartość a_zdop = 0,55 [m/s²].

Filtr korekcyjny w zakresie częstotliwości od 4 do 8 Hz przenosi sygnał w skali 1 do 1, tzn. nie ma tłumienia sygnału.

Dla częstotliwości f < 4 Hz występuje odwrotnie proporcjonalne do częstotliwości tłumienie sygnału pomiarowego. Dla częstotliwości sygnału mierzonego f > 8 Hz występuje tłumienie sygnału wprost proporcjo­nalne do mierzonych częstotliwości.

Przez zastosowanie filtra korekcyjnego doprowadza się sygnał do takiej postaci, że przekroczenie przez sygnał na wyjściu filtra poziomu a_zdop = 0,55 [m/s²] oznacza przekroczenie przez sygnał mierzony granicy uciążliwości w którymkolwiek zakresie częstotliwości.

Dla drgań poziomych -poprzecznych y i wzdłużnych X, sygnalizowany jest na wyjściu filtra korekcyjnego poziom a_Y,Xdop = 0,4 [m/s²].

Dla częstotliwości od 0,7 do 4 Hz tłumienie sygnału wynosi 0.

Dla częstotliwości sygnału mierzonego f > 4 H z występuje tłumienie sygnału wprost proporcjonalne do mierzonych częstotliwości. Działanie filtra jest podobne, jak dla drgań pionowych.

W czasie oceny drgań metodą przyspieszeń ważonych częstotliwościowo lub metodą dozymetryczną uzyskujemy informację, że nastąpiło przekroczenie granicy uciążliwości, jednak nie można określić w jakim zakresie częstotliwości wystąpiły przekroczenia przyspieszeń dopuszczalnych.

W wyniku pomiaru otrzymuje się wartość dawki drgań D, a następnie ze wzoru (2.3) oblicza się wartość przyspieszenia równoważnego dla całej zmiany roboczej a_w. Nowoczesne dozymetry umożliwiają pomiar dawki drgań, wyznaczają D, a także wyznaczają wartości a_w.

Dawkę drgań D można również wyliczyć w [m²/s³].ze wzoru poniżej (2.4), jednak pomiary przyspieszeń ważonych częstotliwościowo należy wykonywać w ciągu całej zmiany roboczej w układzie przedstawionym na rys 2.3b

gdzie :

a_w (t) -chwilowa wartość skorygowanego przyspieszenia drgań w czasie t, zmierzona przyrządem z filtrem korekcyjnym zgodnie z PN-83/N-01352 [m/s²]

T --czas oddziaływania drgań na organizm kierowcy w ciągu jednej zmiany roboczej [min].

W wyniku zastosowania metody dozymetrycznej uzyskuje się ocenę analizowanych drgań w całym zakresie normalizowanych częstotliwości i w całym czasie występowania narażenia. Wyznaczona równoważna wartość skorygowa­na przyspieszenia drgań a_w powinna być mniejsza od wartości dopuszczalnej odpowiadającej granicy uciążliwości a_wdop . Gdy wartość a_w jest większa od a_wdop , należy obliczy l dopuszczalny czas pracy tdop zgodnie z wzorem (2.8).

Ocena przyspieszenia ważonego częstotliwościowo dla stacjonarnego odcinka czasowego

W metodzie oceny przyspieszenia ważonego (skorygowanego częstotliwościowo) należy porównać dla każdej badanej prędkości jazdy v lub badanego stacjonarnego odcinka czasowego równoważną wartość skorygowaną przyspieszenia drgań a(v), obliczoną w [m/s²] ze wzoru (2.5) lub (2.6), z dopuszczalnymi wartościami skorygowanymi przyspieszenia drgań a_wdop dla granicy uciążliwości.

Pomiar skorygowanego przyspieszenia drgań należy wykonać dla badanych stacjonarnych odcinków czasowych, np. dla stałych prędkości jazdy v, na rodzajach dróg wg punktu 4.3, w układzie przedstawionym na rys. 2.3b.

Czas trwania każdego pomiaru powinien wynosić co najmniej 1 min. Wartości ważonego przyspieszenia drgań a_w(v) w [m/s²] należy mierzyć za pomocą przyrządu pomiarowego z filtrem korekcyjnym zrealizowanym wg PN-83/N-01353, a następnie uśrednić zgodnie z wzorem (2.5) lub (2.5a).

Jeżeli pomiary wykonuje się przyrządem analogowym, to mierzone przyspieszenie skuteczne, ważone częstotliwościowo, wyznacza się ze wzoru poniżej 2.5.

gdzie:

a_w,v(t) - chwilowa wartość przyspieszenia ważonego częstotliwościo wo, zmierzona dla stacjonarnego odcinka czasowego w [m/s²]

Jeżeli pomiary wykonuje się metodami cyfrowymi, to mierzone przyspieszenie skuteczne, ważone częstotliwościowo, wyznacza się ze wzoru 2.5a :

gd gdzie :

a_wi(v) - wartość skorygowana przyspieszenia drgań, zmierzo­na w i-tym przedziale czasu dla badanego stacjonarnego odcinka czasowego, np. dla stałej prędkości jazdy v [m/s²],

n - liczba odczytów realizowanych w równych odstępach czasu - nie dłuższych niż 5 s.

Jeżeli wcześniej została wykonana ocena widmowa przyspieszeń skutecznych, to wartości ważonego przyspieszenia drgań a_w(v) można również wyliczyć w [m/s] ze wzoru 2.6 :

gdzie :

a_f (V) - wartość skuteczna przyspieszenia drgań dla pasma tercjowego o częstotliwości środkowej f w [m/s²], otrzymana w wyniku analizy widmowej,

K_f - współczynnik korekcji dla środkowych częstotliwości f pasm tercjowych,

n - liczba analizowanych pasm tercjowych.

Tak wyznaczona wartość a_w(v) jest równoważna wartości wyznaczonej ze wzoru (2.5) lub (2.5a). Przez wykonanie obliczeń wartości a_w według wzoru (2.6) realizuje się takie samo działanie, które spełniają w układzie pomiarowym filtry korekcyjne.

Metodą badania przyspieszenia ważonego uzyskuje się ocenę analizowanych drgań w całym zakresie normalizowanych częstotliwości i w określonym przedziale czasu, w którym wykonano pomiary .Wyznaczona wartość a_w(v) powinna być mniejsza od przyspieszeń granicy uciążliwości a_wdop . W przypadku, gdy wartość a_w(v) jest większa od przyspieszeń granicy uciążliwości a_wdop należy obliczyć ze wzoru (2.9), dopuszczalny czas jazdy z badaną prędkością v, w ciągu 8-mio godzinnej zmiany roboczej.

Metoda oceny widmowej dla stacjonarnego odcinka czasowego

W metodzie oceny widmowej należy porównać, dla badanego stacjonarnego odcinka czasowego (dla każdej badanej stałej prędkości jazdy v ), widmo wartości skutecznych (RMS) przyspieszenia drgań wyznaczone w [m/s²] dla poszczególnych tercjowych pasm częstotliwości f, z odpowiednimi wartościami dopuszczalnymi przyspieszenia drgań dla granicy uciążliwości oraz dla granicy silnego dyskomfortu.

Pomiary i rejestracja skutecznych przyspieszeń drgań a_v(t) powinny być wykonane dla stacjonarnych odcinków czasu. Czas trwania każdego pomiaru powinien wynosić co najmniej 1 min. Układ pomiarowy pokazuje rys. 2.3c.

Analizę widmową drgań należy wykonać za pomocą układu przedstawionego na rys. 2.4. Zmierzone sygnały przyspieszeń należy uśredniać w czasie co najmniej 60 s.

Dla wszystkich badanych odcinków czasowych lub prędkości jazdy v należy wyznaczyć wartości przyspieszeń dla tercjowych pasm częstotliwości oraz obliczyć krotności przekroczenia granicy uciążliwości - KGU

gdzie : av (I) -zmierzona wartość skutecznego przyspieszenia drgań w [m/s²] dla tercjowego pasma częstotliwości, dla badanego odcinka czasowego,

a_f,480 - dopuszczalna wartość przyspieszenia w [m/s²], dla tercjowego pasma częstotliwości f.

Wartości widma zmierzonych przyspieszeń coraz częściej wyznacza się metodami cyfrowymi za pomocą komputerów i programów realizujących szybką transformatę Fouriera (fast Fourier Transformation).

Badane stanowiska pracy należy uznać za zgodne z wymaganiami ergonomii jeśli dla żadnej badanej prędkości jazdy v lub badanego odcinka czasowego wartości krotności przekroczenia granicy uciążliwości - KGU nie są większe niż 1. Dopuszczalny czas pracy na badanym stanowisku pracy wynosi wtedy 480 min w ciągu zmiany roboczej.

Jeżeli dla któregokolwiek pasma częstotliwości wartość KGU przekracza 1, to dla maksymalnej wartości KGU należy obliczyć według wzoru (2.10) dopuszczalny czas jazdy z badaną prędkością v lub dopuszczalny czas pracy w warunkach badanego stacjonarnego odcinka czasowego w czasie jednej zmiany roboczej. Przy ocenie narażenia na drgania w pojazdach jako podsta­wowe kryterium oceny należy przyjmować granicę uciążliwości.

Ocena przyspieszenia ważonego częstotliwościowo dla stacjonarnego odcinka czasowego.

Wyniki pomiarów drgań dla kierunków X,Y,Z

	„ X	„ Xm	„ Y	„ Ym	„ Z	„ Zm
1	32.12	38.5	27.18	35.8	126.7	151.1
2	35.06	40.2	35.38	39.4	108.2	127.3
3	46.52	51.4	34.11	42.7	130.0	148.3
Średnia	37.96	43.36	32.22	39.3	121.63	142.23

Metoda obliczania :

Obliczamy a_w dla danego kierunku drgań ze wzoru :

gdzie :

a_w - wartość skorygowana przyspieszenia drgań zmierzona w i - tym odstępie czasu,

n - liczba odczytów realizowanych w równych odstępach czasu,

Obliczamy dopuszczalny czas oddziaływania ze wzoru :

gdzie :

a₄₈₀ - dopuszczalna wartość przyspieszenia przyjęta dla granicy uciążliwości,

a_w - zmierzona wartość przyspieszenia ważonego,

dla kierunku X :

a_w = 37.96 [m/s²]

a₄₈₀ = 0.4 [m/s²]

t_vdw = 0.053 [min/8h]

dla kierunku Y :

a_w = 32.22 [m/s²]

a₄₈₀ = 0.4 [m/s²]

t_vdw = 0.074 [min/8h]

dla kierunku Z :

a_w = 121.63 [m/s²]

a₄₈₀ = 0.55 [m/s²]

t_vdw = 0.0098[min/8h]

Wynika stąd, że w środowisku gdzie są duże wartości drgań nie powinien przebywać człowiek.

Oceny metodą widmową dla stacjonarnych odcinków pracy.

wyniki pomiarów dla oceny widmowej

	Przyspieszenie [m/s^2] „ Xśr	Siła [kG m] Fśr
1	18	50
2	22	50
3	20	65
średnia	20	55

Metoda obliczania :

Obliczamy ze wzoru :

gdzie :

a_v(f) - zmierzona wartość skuteczna przyspieszenia drgań w [m/s²], dla tercjowego pasma częstotliwości, dla badanego odcinka czasowego,

a_f,480 - dopuszczalna wartość przyspieszenia w [m/s²], dla tercjowego pasma częstotliwości f,

Dopuszczalny czas obliczamy ze wzoru :

gdzie :

a_f,480 - dopuszczalna wartość skuteczna przyspieszenia drgań w [m/s²] dla tercjowego pasma częstotliwości f,

a_f - zmierzona wartość przyspieszeń skutecznych dla tercjowego pasma częstotliwości f, w której wystąpiła największa wartość KGU,

Zakładając, że drgania przyrządu odbywały się z częstotliwością 1.00 Hz obliczamy :

	Obliczenia dla pomierzonych przyspieszeń
		„ Xśr	af,480	KGU	dopuszczalny czas tvdop [min/8h]
1	18	0.224	80.36	0.074
2	22			98.21	0.049
3	20			89.28	0.060
średnia	20			89.28	0.061

Analiza drgań pomierzonych w pojeżdzie

Analiza dla wartości skutecznych przyspieszenia drgań RMS występujących w samochodzie marki ŻUK A-06 przy stanie ładownym 2.5 tony, dla kierunku drgań X. Punktem pomiarowym było siedzisko kierowcy.

Tablica wartości skutecznych przyspieszenia drgań została zamieszczona na końcu sprawozdania.

Wartość przyspieszenia ważonego obliczamy ze wzoru :

gdzie :

a_f(v) - wartość skuteczna przyspieszenia drgań dla pasma tercjowego o częstotliwości środkowej f w [m/s²], otrzymana w wyniku analizy widmowej,

K_f - współczynnik korelacji dla środkowych częstotliwości f pasm tercjowych wg tablicy,

n - liczba analizowanych pasm tercjowych.

stąd a_w(80) = 0,36632932 [m/s²]

Wynika stąd, że drgania w tym samochodzie przekroczyły granicę komfortu, jednak nie przekroczyły granicy uciążliwości i szkodliwości. Pomimo tego obliczam dopuszczalny czas oddziaływania drgań.

Dopuszczalny czas oddziaływania

Dopuszczalny czas obliczam według wzoru :

Największa wartość KGU dla mojego przypadku to 1.031 dla tercjowego pasma częstotliwości f = 2 Hz. Wartość skuteczna przyspieszenia drgań dla tego pasma wynosi a_f = 0.231 [m/s²], zaś wartość a_{2, 480} = 0.224 [m/s²].

Wyliczony z powyższego wzoru dopuszczalny czas wynosi t_vdop = 451 [min/8h].

Wynika z tego, że praca może być wykonywana w tym samochodzie przez pełne osiem godzin.

1

---