DRGANIA MECHANICZNE

9-2. DEFINICJE

Drgania mechaniczne (wibracje) - niskoczęstotliwościowe drgania rozprzestrzeniające się w ośrodkach stałych i przekazywane do organizmu człowieka przez bezpośredni jego kontakt z drgającym ośrodkiem (definicja stosowania w dziedzinie ochrony człowieka w środowisku pracy).

Drgania własne - drgania, których charakter zależy tylko od właściwości fizycznych układu drgającego (bezwładności, tłumienia i sprężystości), a nie od sposobu wymuszenia drgań.

Drgania wymuszone - drgania układu drgającego wywołane zewnętrznym źródłem energii, mające taki sam charakter, jak siły wymuszające.

Ocena ryzyka - proces analizowania ryzyka i wyznaczania jego dopuszczalności.

Ochrona człowieka przed drganiami mechanicznymi - całokształt metod i środków zmierzających do ograniczenia szkodliwego oddziaływania drgań mechanicznych na organizm człowieka w środowisku pracy.

Rezonans drgań - zjawisko zachodzące w układach fizycznych, polegające na szybkim wzroście amplitudy drgań danego układu pod wpływem wymuszającej siły zewnętrznej o częstotliwości wymuszenia równej lub bliskiej częstotliwości drgań własnych układu.

Ryzyko zawodowe - prawdopodobieństwo wystąpienia niepożądanych zdarzeń związanych z wykonywaną pracą, powodujących straty, w szczególności wystąpienia u pracowników niekorzystnych skutków zdrowotnych w wyniku zagrożeń zawodowych występujących w środowisku pracy lub sposobu wykonywania pracy.

Wibrometr (miernik drgań) - przyrząd do pomiaru wielkości charakteryzujących drgania mechaniczne.

Źródło drgań mechanicznych - układ fizyczny wytwarzający drgania mechaniczne, które są przekazywane do innych układów fizycznych, w tym także do organizmu człowieka.

9-3. WPROWADZENIE

Terminem drgania określa się procesy, w których wielkości fizyczne charakterystyczne dla tych procesów są zmienne w funkcji czasu. Węższym pojęciem są drgania akustyczne, definiowane jako ruch cząstek ośrodka sprężystego względem położenia równowagi. Drgania akustyczne mogą zatem rozprzestrzeniać się w ośrodkach zarówno płynnych, jak i stałych. Z punktu widzenia ochrony i bezpieczeństwa człowieka w środowisku pracy, niskoczęstotliwościowe drgania akustyczne rozprzestrzeniające się w ośrodkach stałych przyjęto nazywać drganiami mechanicznymi (wibracjami).

Drgania mechaniczne są niejednokrotnie czynnikiem celowo generowanym, niezbędnym do realizacji określonych procesów technologicznych. Często jednak stanowią tzw. czynnik resztkowy, są zjawiskiem ubocznym, które w sposób niezamierzony towarzyszy eksploatacji maszyn i urządzeń. W obu przypadkach drgania mechaniczne, generowane przez różnego rodzaju źródła, mogą powodować uszkodzenia konstrukcji budowlanych, a także samych maszyn i urządzeń, mogą też zakłócać procesy technologiczne. Nierzadko są również przyczyną hałasu. Ponadto, przy bezpośrednim kontakcie człowieka z drgającym źródłem, drgania są przekazywane do jego organizmu, i zależnie m.in. od ich intensywności oraz czasu narażenia na ich działanie, mogą stanowić zagrożenie dla zdrowia, a nawet życia ludzkiego.

Niekorzystny wpływ drgań mechanicznych na organizm człowieka jest od kilkudziesięciu lat przedmiotem systematycznych obserwacji i badań. Celem niniejszego opracowania jest scharakteryzowanie zagrożenia powodowanego drganiami mechanicznymi występującymi w środowisku pracy w odniesieniu do człowieka (z pominięciem wpływu drgań na stan maszyn i urządzeń czy konstrukcji budowlanych, co stanowi przedmiot tzw. diagnostyki wibroakustycznej).

9-4. WIELKOŚCI CHARAKTERYZUJĄCE EKSPOZYCJĘ NA DRGANIA MECHANICZNE, WYZNACZANE NA STANOWISKACH PRACY

Drgania mechaniczne mogą być opisane przez jedną z trzech wymienionych niżej wielkości:

• przemieszczenie (wychylenie)

• prędkość

• przyspieszenie.

Wielkością zazwyczaj mierzoną na stanowisku pracy w celu oceny wpływu drgań mechanicznych na organizm człowieka jest przyspieszenie drgań. Wydaje się, że wielkość ta najlepiej charakteryzuje stronę energetyczną procesu drganiowego; do tego parametru odnosi się większość obowiązujących obecnie norm krajowych, europejskich i międzynarodowych, podających metody pomiaru drgań na stanowiskach pracy, a także przepisów ustalających wartości kryterialne (dopuszczalne) dla drgań mechanicznych ze względu na ochronę zdrowia pracowników. Zatem, w dalszej części opracowania drgania mechaniczne będą rozpatrywane z uwzględnieniem tej właśnie wielkości.

Sygnał drganiowy może zawierać jedną składową o określonej częstotliwości (drgania sinusoidalne), lecz w praktyce najczęściej występują drgania złożone z wielu składowych lub nawet stanowiące sumę nieskończonej ich liczby. W najprostszym przypadku drgań sinusoidalnych (rys. 9-1) chwilowa wartość przyspieszenia drgań jest określona zależnością:

				(1)
gdzie:
	peak	-	szczytowa wartość przyspieszenia drgań (wartość maksymalna), w m/s^2
	t	-	czas, w s
		-	okres drgań, w s
		-	częstotliwość, w Hz.

Rys. 9-1. Prezentacja sygnału drganiowego w funkcji czasu

Do scharakteryzowania drgań występujących na stanowisku pracy są stosowane, poza wartością chwilową przyspieszenia oraz wartością szczytową, kolejne miary, a mianowicie:

• wartość skuteczna przyspieszenia drgań a_RMS(a_sk), w m/s², określona zależnością:

(2)

Wartość skuteczna uwzględnia zarówno historię czasową przebiegu drgań, jak i informacje o wielkości amplitudy. Pomiar wartości skutecznej umożliwia specjalny detektor wbudowany w każdy miernik drgań.

• wartość średnia przyspieszenia drgań a_śr, w m/s², określona zależnością:

(3)

Wymienione miary przyspieszenia służą do przedstawienia drgań jako funkcji czasu. Do pełnego ilościowego i jakościowego opisu drgań złożonych konieczna jest także ich prezentacja w funkcji częstotliwości. Rozkładanie drgań złożonych na drgania składowe o różnych częstotliwościach nazywane jest analizą widmową. Analiza widmowa prowadzi do określenia widma drgań, definiowanego jako zbiór wartości wielkości zmiennej (np. przyspieszenia), odpowiadających poszczególnym częstotliwościom.

Przy ocenie wpływu drgań na organizm człowieka zaleca się niekiedy wykonanie analizy widmowej drgań w pasmach oktawowych lub 1/3- oktawowych (tercjowych). Pasma te są określone przez ich częstotliwości środkowe f_śr:

(4)

Dla pasm oktawowych f_g = 2 f_d, zaś dla pasm tercjowych
. Przy analizie widmowej miarą intensywności drgań jest:

• wartość skuteczna przyspieszenia drgań w oktawowych lub tercjowych pasmach częstotliwości; zbiór tych wartości stanowi widmo drgań (odpowiednio - oktawowe lub tercjowe).

Pomiar wartości skutecznych przyspieszenia drgań w pasmach oktawowych lub tercjowych umożliwiają analizatory oktawowo-tercjowe lub mierniki drgań wyposażone w odpowiednie filtry zewnętrzne.

Reakcja organizmu człowieka na działanie drgań mechanicznych zależy od wielu czynników, w tym również od składu widmowego drgań występujących na danym stanowisku pracy. Zróżnicowaną reakcję organizmu na drgania, w zależności od ich składu widmowego, uwzględnia się przez wprowadzenie i stosowanie kolejnej miary intensywności drgań, którą jest:

• wartość skuteczna przyspieszenia drgań ważona w dziedzinie częstotliwości (wartość ważona przyspieszenia drgań) a_w,RMS, w m/s².

Wagą przy pomiarze wartości ważonej przyspieszenia są specjalnie ukształtowane charakterystyki częstotliwościowe filtrów ważenia. Filtry ważenia przepuszczają w całości te składowe drgań, na które organizm człowieka jest najbardziej wrażliwy, natomiast odpowiednio tłumią składowe o częstotliwościach, na które człowiek reaguje słabiej.

W filtry ważenia jest wyposażony każdy miernik przeznaczony do pomiarów drgań na stanowiskach pracy.

Drgania występujące na stanowisku pracy i przenoszone do organizmu pracownika są zawsze odnoszone do prawoskrętnego, prostokątnego układu współrzędnych (x, y, z). Może to być układ związany z geometrią ciała człowieka lub jego części bądź też z geometrią budynku, pomieszczenia, stanowiska pracy czy narzędzia (stosowane układy odniesienia zastaną omówione w dalszej części opracowania). Zatem, wszystkie wyszczególnione miary przyspieszenia drgań odnosi się w każdym przypadku do konkretnego kierunku, czyli, inaczej mówiąc, stosowane miary przyspieszenia drgań rozpatruje się w odniesieniu do poszczególnych składowych kierunkowych x, y, z.

Wartości ważone przyspieszenia drgań poszczególnych składowych kierunkowych x, y, z, zmierzone na stanowisku pracy z zastosowaniem odpowiednich filtrów ważenia, stanowią podstawę do wyznaczenia kolejnej charakterystycznej wielkości, niezbędnej do oceny narażenia pracownika na drgania. Wielkością tą jest:

• suma wektorowa skutecznych, ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań trzech składowych kierunkowych x, y, i z, - a_w,s, w m/s².

W przypadku drgań o ogólnym działaniu na organizm człowieka, sumę wektorową wyznacza się ze wzoru:

(5)

gdzie:
;
;
- skuteczne wartości ważone przyspieszenia drgań, zmierzone w kierunku x, y i z na stanowisku pracy przy wykonywaniu czynności w warunkach narażenia na drgania, w m/s².

W przypadku drgań działających na organizm człowieka przez kończyny górne, sumę wektorową wyznacza się ze wzoru:

(6)

gdzie:
;
;
- jak we wzorze (5).

Uwaga! W warunkach rzeczywistych, w ciągu dnia pracy, pracownik wykonuje zazwyczaj różne czynności czy operacje związane z narażeniem na drgania, przy czym intensywność generowanych drgań jest różna przy wykonywaniu poszczególnych czynności czy operacji. Sumę wektorową skutecznych, ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań na stanowisku pracy należy wówczas wyznaczyć dla każdej czynności czy operacji oddzielnie.

Finalną wielkością charakteryzującą narażenie na drgania na danym stanowisku pracy jest:

• równoważna dla 8 godzin suma wektorowa ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań trzech składowych kierunkowych x, y, i z -
  _w,s,eq,8h, w m/s².

Równoważną dla 8 godzin sumę wektorową
_w,s,eq,8h wyznacza się ze wzoru:

(7)

gdzie:
	w,si	-	suma wektorowa skutecznych, ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań, wyznaczona dla i - tej czynności związanej z narażeniem na drgania ze wzoru (5) - dla drgań o ogólnym działaniu na organizm człowieka, lub ze wzoru (6) - dla drgań działających na organizm człowieka przez kończyny górne, w m/s^2
	ti	-	czas trwania i-tej czynności związanej z narażeniem na drgania, w godz. lub min
		-	liczba czynności związanych z narażeniem na drgania na kontrolowanym stanowisku pracy
		-	8 godz. lub 480 min.

Określenie równoważnej dla 8 godzin sumy wektorowej skutecznych, ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań jest zazwyczaj niezbędne do oceny narażenia pracownika na drgania na stanowisku pracy, gdyż ustalone dla drgań wartości dopuszczalne są podane m. in. w postaci sumy wektorowej, odniesionej do 8-godzinnego narażenia na drgania w ciągu dnia pracy.

Jak wynika z podanych informacji, aby wyznaczyć równoważną dla 8 godzin sumę wektorową, należy nie tylko zmierzyć drgania na danym stanowisku podczas wykonywania wszystkich czynności związanych z narażeniem na drgania, lecz także określić czas narażenia pracownika na drgania zmierzone podczas wykonywania tych czynności lub, inaczej mówiąc, czas trwania tych czynności.

Zatem, ekspozycja na drgania na stanowisku pracy jest również charakteryzowana przez:

• czas narażenia na drgania przy wykonywaniu danej czynności t_i, w godz. lub min.

W warunkach rzeczywistych zdarzają się niekiedy sytuacje, że czas trwania jednej lub kilku czynności wykonywanych w ciągu dnia pracy w warunkach narażenia pracownika na drgania jest krótki, ale drgania te są bardzo intensywne. W odniesieniu do takich przypadków, w celu ochrony zdrowia pracowników, ustalono odrębną wartość dopuszczalną w postaci maksymalnej dopuszczalnej wartości sumy wektorowej. Dotyczy to sytuacji, gdy całkowity czas narażenia pracownika na drgania w ciągu doby, t_e, będący sumą czasów trwania t_i poszczególnych i-tych czynności, jest równy lub krótszy niż 30 min (t_e  30 min), albo też gdy t_e > 30 min, lecz choć jeden czas t_i jest równy lub krótszy niż 30 min.

Kolejną wielkością charakteryzującą ekspozycję na drgania jest więc:

• całkowity czas narażenia pracownika na drgania w ciągu doby, t_e, określany wg wzoru:

(8)

gdzie:
i t_i - jak we wzorze (7).

Tak więc, w niektórych sytuacjach wielkością charakteryzującą dodatkowo narażenie pracownika na drgania jest:

• maksymalna suma wektorowa skutecznych, ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań
  _w,s,max, w m/s².

Wybiera się ją spośród j wyznaczonych ze wzoru (5) lub ze wzoru (6) - zależnie od rodzaju drgań - sum wektorowych
_w,si . Wybór ten jest dokonywany wg zapisu:

(9)

gdzie:	w,si	-	jak we wzorze (7)
		j	-	liczba czynności w ciągu dnia pracy, których czas trwania ti jest równy lub krótszy niż 30 min; (j  n).

W przypadkach, gdy całkowity czas narażenia pracownika na drgania w ciągu doby, t_e, jest równy lub krótszy niż 30 min (t_e  30 min), bądź gdy t_e > 30 min lecz choć jeden czas t_i jest równy lub krótszy niż 30 min, narażenie na drgania na stanowisku pracy ocenia się biorąc pod uwagę również tę czynność z j czynności o czasie trwania t_i  30 min, dla której wyznaczona suma wektorowa skutecznych, ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań,
_w,si, w m/s², przyjmuje największą wartość.

Można zatem stwierdzić, że finalnymi wielkościami charakteryzującymi ekspozycję pracownika na drgania na stanowisku pracy są:

• równoważna dla 8 godzin suma wektorowa skutecznych, ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań

i / lub

• maksymalna suma wektorowa skutecznych, ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań.

9-5. PODZIAŁ DRGAŃ MECHANICZNYCH

Drgania mechaniczne możemy podzielić w różnoraki sposób, w zależności od przyjętych kryteriów podziału. Z punktu widzenia oceny wpływu drgań na organizm człowieka istotne są cztery klasyfikacje, w których za kryteria podziału przyjmuje się:

• charakter zmienności drgań w funkcji czasu

• rodzaj oddziaływania drgań, zależny od miejsca ich wnikania do organizmu człowieka

• kierunek propagacji drgań w organizmie

• charakter narażenia na drgania.

Mając na uwadze różny charakter zmienności sygnału drganiowego w czasie, drgania można podzielić na:

• ustalone

• nieustalone.

Drgania ustalone - zgodnie z normą PN-91/N-01352 [22] - są to drgania, których wartości skuteczne przyspieszenia drgań w tercjowych pasmach częstotliwości lub wartości ważone przyspieszenia drgań zmieniają się nie więcej niż 2 razy w stosunku do najmniejszej zmierzonej wartości tych parametrów.

Drgania nieustalone - zgodnie z ww. normą - są to drgania, których wartości skuteczne przyspieszenia drgań w tercjowych pasmach częstotliwości lub wartości ważone przyspieszenia drgań zmieniają się więcej niż 2 razy w stosunku do najmniejszej zmierzonej wartości tych parametrów.

Uwzględniając różny sposób oddziaływania drgań na organizm człowieka, zależny od miejsca wnikania drgań do ciała, można podzielić je na dwa rodzaje:

• o ogólnym działaniu na organizm człowieka, przenikające do organizmu przez stopy, miednicę, plecy lub boki (drgania ogólne)

• działające na organizm człowieka przez kończyny górne (drgania miejscowe).

Jak już zaznaczono w poprzednim rozdziale, drgania mechaniczne na stanowisku pracy są zawsze odnoszone do prawoskrętnego, prostokątnego układu współrzędnych. Zarówno przy drganiach o ogólnym działaniu na organizm człowieka, jak też działających na organizm człowieka przez kończyny górne mogą być stosowane dwa układy współrzędnych, a mianowicie:

• podstawowy, często zwany układem nieruchomym

• anatomiczny, często zwany układem ruchomym.

Podstawowy układ współrzędnych zaczyna się zazwyczaj w określonym punkcie powierzchni lub struktury (np. podłoga pojazdu czy pomieszczenia), z której, jak się uważa, drgania mechaniczne wnikają drogą kontaktową do ciała człowieka.

Anatomiczny układ współrzędnych ma początek wewnątrz ciała człowieka lub w jednej z jego części (np. w dłoni, głowie), a jego orientacja jest zdefiniowana przez ustalone, anatomiczne punkty charakterystyczne szkieletu.

Zarówno w odniesieniu do drgań o ogólnym działaniu na organizm człowieka, jak też działających na organizm człowieka przez kończyny górne preferowane jest stosowanie układu anatomicznego.

Anatomiczny (ruchomy) układ współrzędnych stosowany przy pomiarach drgań o ogólnym działaniu na organizm człowieka przedstawiono na rys. 9-2, a układy współrzędnych (ruchomy i nieruchomy) stosowane przy pomiarach drgań działających na organizm człowieka przez kończyny górne - na rys. 9-3.

Mając na uwadze podane wyżej informacje, oba rodzaje drgań (ogólne i miejscowe) można podzielić na:

• drgania w osi x

• drgania w osi y

• drgania w osi z.





Rys. 9-2. Anatomiczny (ruchomy) układ współrzędnych odniesienia przy pomiarach drgań o ogólnym działaniu na organizm człowieka Rys. 9-3. Układy współrzędnych odniesienia (ruchomy i nieruchomy) przy pomiarach drgań działających na organizm człowieka przez kończyny górne

Należy zwrócić uwagę, że używane niekiedy terminy: drgania poziome i drgania pionowe, odpowiednio w odniesieniu do drgań w osi x i y oraz w osi z, są nieprecyzyjne, zwłaszcza przy stosowaniu anatomicznego układu współrzędnych, gdyż, na przykład, przy drganiach ogólnych drgania w osi z mogą być drganiami poziomymi w ogólnym tego słowa znaczeniu (patrz rys. 9-2).

Poza podziałami drgań ze względu na ich zmienność w czasie, miejsce wnikania do organizmu i związany z tym sposób oddziaływania, a także kierunek ich wymuszenia i propagacji w ciele człowieka, istotny jest również podział ze względu na charakter narażenia. Pod tym kątem drgania można podzielić na:

• ciągłe (narażenie ciągłe)

• przerywane (narażenie przerywane)

• sporadyczne (narażenie sporadyczne).

Drgania ciągłe są to drgania 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.

Drgania przerywane są to drgania występujące wielokrotnie w ciągu zmiany roboczej, z przerwami, które mogą być spowodowane przemieszczaniem się osób narażonych, cyklicznością technologii, wyłączaniem źródeł itp.

Drgania sporadyczne są to drgania występujące nieregularnie, związane z czynnościami wykonywanymi dorywczo, np. raz w ciągu zmiany roboczej, raz w tygodniu itp.

Omówione klasyfikacje (podziały) drgań nie wykluczają oczywiście innych możliwości podziału, są jednak najbardziej istotne z punktu widzenia oceny narażenia człowieka w środowisku pracy.

9-6. ŹRÓDŁA DRGAŃ MECHANICZNYCH W ŚRODOWISKU PRACY

Uwzględniając wprowadzony w rozdziale 9-5 podział drgań ze względu na rodzaj ich oddziaływania na organizm człowieka, czyli podział na drgania ogólne i miejscowe, źródła drgań możemy również podzielić na dwie następujące grupy:

• źródła drgań o ogólnym działaniu na organizm człowieka

• źródła drgań działających na organizm człowieka przez kończyny górne.

Źródłami drgań o działaniu ogólnym są np.:

• podłogi, podesty, pomosty w halach produkcyjnych i innych pomieszczeniach, na których zlokalizowane są stanowiska pracy. Oczywiście, pierwotnymi źródłami drgań są w tym przypadku eksploatowane w pomieszczeniach lub poza nimi maszyny oraz urządzenia: stacjonarne, przenośne lub przewoźne, które wprawiają w drgania podłoże, na którym stoi operator. Przyczyną drgań podłoża może też być ruch uliczny czy kolejowy

• platformy drgające

• siedziska i podłogi środków transportu (samochodów, ciągników, autobusów, tramwajów, trolejbusów oraz pojazdów kolejowych, statków, samolotów itp.)

• siedziska i podłogi maszyn budowlanych (np. do robót ziemnych, fundamentowania, zagęszczania gruntów).

Źródłami drgań działających na organizm człowieka przez kończyny górne są głównie:

• ręczne narzędzia uderzeniowe o napędzie pneumatycznym, hydraulicznym lub elektrycznym (młotki pneumatyczne, ubijaki mas formierskich i betonu, nitowniki, wiertarki udarowe, klucze udarowe itp.)

• ręczne narzędzia obrotowe o napędzie elektrycznym lub spalinowym (wiertarki, szlifierki, piły łańcuchowe itp.)

• dźwignie sterujące maszyn i pojazdów, obsługiwane ręcznie

• źródła technologiczne (np. obrabiane elementy trzymane w dłoniach lub prowadzone ręką przy procesach szlifowania, gładzenia, polerowania itp.).

Należy zaznaczyć, że niektóre narzędzia ręczne, zaliczane do typowych źródeł drgań miejscowych (np. młoty, pilarki), mogą generować drgania o bardzo dużej intensywności. Wówczas drgania te mogą być przenoszone przez barki na tułów i głowę, co w konsekwencji może doprowadzić do wzbudzenia drgań rezonansowych narządów wewnętrznych. W takim przypadku narzędzia ręczne są również źródłami drgań o oddziaływaniu ogólnym [7].

Przedstawiony podział źródeł drgań nie wyklucza oczywiście innych podziałów, np. podziału ze względu na przyczyny powstawania drgań [2, 7], jest jednakże użyteczny przy ocenie narażenia pracowników.

9-7. SKUTKI DZIAŁANIA DRGAŃ MECHANICZNYCH NA ORGANIZM CZŁOWIEKA

9-7.1. Skutki biologiczne

Drgania mechaniczne przenoszone z układów drgających do organizmu człowieka mogą negatywnie oddziaływać bezpośrednio na poszczególne tkanki i naczynia krwionośne bądź też spowodować wzbudzenie do drgań całego ciała lub jego części, a nawet struktur komórkowych. Długotrwałe narażenie człowieka na drgania może zatem wywołać, jak już wspomniano, liczne zaburzenia w organizmie, doprowadzając w konsekwencji do trwałych, nieodwracalnych zmian chorobowych, przy czym rodzaj tych zmian zależy od rodzaju drgań, na które jest eksponowany człowiek (ogólne czy miejscowe), [2, 4, 5, 6, 7, 13].

Drgania działające na organizm człowieka przez kończyny górne

Narażenie na drgania mechaniczne przenoszone do organizmu przez kończyny górne powoduje głównie zmiany chorobowe w układach:

• krążenia krwi (naczyniowym)

• nerwowym

• kostno-stawowym.

Badania epidemiologiczne wykazały ścisły związek przyczynowy między występowaniem u pracowników zmian chorobowych w wymienionych układach a warunkami pracy. Stąd zespół tych zmian, zwany zespołem wibracyjnym, został uznany w wielu krajach, w tym również w Polsce, za chorobę zawodową.

Według danych statystycznych sporządzonych przez Instytut Medycyny Pracy w Łodzi za 2000 r., zespół wibracyjny stanowił w Polsce 2,7% wszystkich rejestrowanych chorób zawodowych i znajdował się na 7. pozycji na liście tych chorób, po przewlekłych chorobach narządu głosu, zawodowym uszkodzeniu słuchu, pylicach płuc, chorobach zakaźnych i inwazyjnych, chorobach skóry oraz przewlekłych chorobach oskrzeli.

Najczęściej rejestrowaną postacią zespołu wibracyjnego jest tzw. postać naczyniowa, charakteryzująca się napadowymi zaburzeniami krążenia krwi w palcach rąk. Występujące wówczas napadowe skurcze naczyń krwionośnych objawiają się blednięciem opuszki jednego lub kilku palców. Stąd pochodzi jedno z potocznych określeń tej postaci zespołu wibracyjnego - „choroba białych palców”.

Inne postacie zespołu wibracyjnego to postać naczyniowa i postać kostno-stawowa, przy czym mogą wystąpić też postacie mieszane [5, 6, 7, 8].

Zmiany w układzie nerwowym powstałe na skutek działania drgań miejscowych to głównie zaburzenia czucia: dotyku, wibracji, temperatury, a także dolegliwości w postaci drętwienia czy mrowienia palców i rąk. Jeżeli narażenie na drgania jest kontynuowane, zmiany pogłębiają się, prowadząc do ograniczenia zdolności do pracy i wykonywania innych czynności życiowych.

Zmiany w układzie kostno-stawowym ręki powstają głównie na skutek drgań miejscowych o częstotliwościach mniejszych od 30 Hz. Obserwuje się m.in. zniekształcenia szpar stawowych, zwapnienia torebek stawowych, zmiany okostnej, zmiany w utkaniu kostnym.

Na drgania mechaniczne oddziałujące na organizm człowieka przez kończyny górne narażeni są głównie operatorzy wszelkiego rodzaju ręcznych narzędzi wibracyjnych stosowanych powszechnie w przemyśle maszynowym, hutniczym, stoczniowym, przetwórczym, a także w leśnictwie, rolnictwie, kamieniarstwie, górnictwie i budownictwie. Zatem obszar potencjalnego zagrożenia pracowników tym rodzajem drgań jest bardzo rozległy.

Drgania o ogólnym działaniu na organizm człowieka

Negatywne skutki zawodowej ekspozycji na drgania o oddziaływaniu ogólnym dotyczą zwłaszcza:

• układu kostnego

• narządów wewnętrznych człowieka.

W układzie kostnym zmiany chorobowe powstają głównie w odcinku lędźwiowym kręgosłupa, rzadziej w odcinku szyjnym. Zespół bólowy kręgosłupa, będący następstwem zmian chorobowych i występujący u osób narażonych zawodowo na drgania ogólne, został uznany w niektórych krajach (np. w Belgii i w Niemczech) za chorobę zawodową, podobnie jak zespół wibracyjny będący następstwem działania drgań miejscowych.

Niekorzystne zmiany w narządach wewnętrznych, pojawiające się na skutek działania drgań ogólnych, są głównie wynikiem pobudzenia poszczególnych narządów do drgań rezonansowych (częstotliwości drgań własnych większości narządów zawierają się w zakresie 218 Hz; patrz rys. 9-4). Oznacza to, że drgania ogólne o częstotliwościach z tego zakresu i wartościach przyspieszeń przekraczających określoną wartość progową mogą spowodować nadmierne „rozhuśtanie się” narządów, co z kolei może doprowadzić do pojawienia się zaburzeń w ich czynnościach, krwotoków wewnętrznych, wybroczyn, a nawet - w skrajnych przypadkach - do mechanicznego rozerwania narządów.

Najlepiej udokumentowane są niekorzystne zmiany w czynnościach narządów układu pokarmowego, w tym głównie żołądka i przełyku. Badania dużych grup narażonych zawodowo na drgania ogólne wskazują jednak, że zaburzenia występują również m.in. w narządzie przedsionkowo-ślimakowym, narządach układu rozrodczego kobiet, narządach klatki piersiowej, narządach jamy nosowo-gardłowej.

Drgania o działaniu ogólnym mogą wywoływać, oprócz uszkodzeń narządów wewnętrznych, wiele innych zaburzeń i schorzeń w organizmie ludzkim, takich jak zaburzenia narządu równowagi, zaburzenia czynności mięśni i ścięgien, uszkodzenia stawów, pogarszanie się ostrości wzroku, zaburzenia w układzie krwionośnym.

Podobnie jak w przypadku drgań miejscowych, ryzyko wystąpienia zaburzeń w organizmie człowieka na skutek oddziaływania drgań ogólnych jest tym większe, im dłuższy jest czas ekspozycji na drgania i im większa jest ich intensywność.


Na drgania mechaniczne o ogólnym działaniu na organizm są narażeni przede wszystkim kierowcy, motorniczowie, maszyniści, operatorzy maszyn budowlanych i drogowych. W tych przypadkach drgania przenoszone są do organizmu z siedzisk pojazdów przez miednicę, plecy i boki. Należy jednak pamiętać, że zawodowa ekspozycja na drgania ogólne często dotyczy też pracowników, którzy obsługują maszyny i urządzenia stacjonarne eksploatowane w różnych pomieszczeniach pracy w pozycji stojącej. Wówczas z drgającego podłoża, na którym usytuowane jest stanowisko pracy, drgania przenikają do organizmu pracownika przez jego stopy, a skutki działania tych drgań są podobne jak drgań transmitowanych z siedzisk.

Rys. 9-4. Częstotliwości drgań własnych narządów człowieka

9-7.2. Skutki funkcjonalne

Opisanym wyżej skutkom biologicznym oddziaływania drgań miejscowych i ogólnych na organizm człowieka towarzyszą zazwyczaj tzw. skutki funkcjonalne [2, 7]. Zalicza się do nich m.in.:

• wydłużenie czasu reakcji ruchowej

• wydłużenie czasu reakcji wzrokowej

• zakłócenia w koordynacji ruchów

• nadmierne zmęczenie

• bezsenność

• rozdrażnienie

• osłabienie pamięci.

Niekorzystne zmiany funkcjonalne prowadzą do obniżenia efektywności i jakości wykonywanej pracy, a czasami w ogóle ją uniemożliwiają.

Możliwe skutki działania drgań mechanicznych na organizm człowieka, zarówno biologiczne jak i funkcjonalne, przedstawiono na rysunku 9-5.


Rys. 9-5. Skutki działania drgań mechanicznych na organizm człowieka

Według danych statystycznych z ostatnich lat, liczba osób zatrudnionych w Polsce w warunkach narażenia na drgania wynosi ok. 100 tys., a w warunkach zagrożenia drganiami, tj. przy przekroczonych wartościach dopuszczalnych, ustalonych ze względu na ochronę zdrowia - ok. 40 tys.

Z uwagi na powszechność występowania drgań mechanicznych w środowisku pracy oraz wynikające z tego skutki, konieczne są pomiary tego czynnika na stanowiskach pracy w celu oceny narażenia zawodowego i ryzyka utraty zdrowia, wynikającego z ekspozycji na ten czynnik, oraz podejmowanie działań ograniczających występujące ryzyko.

9-8. POMIARY DRGAŃ MECHANICZNYCH I OCENA NARAŻENIA - WARTOŚCI DOPUSZCZALNE

Zasady wykonywania pomiarów drgań mechanicznych na stanowiskach pracy są ustalone w normie PN-91/N-01352 [22]. Norma ta została ustanowiona w 1991 r., jednocześnie z normami PN-91/N-01353 i PN-91/N-01354, w których określono najwyższe dopuszczalne - ze względu na ochronę zdrowia pracowników - wartości przyspieszenia drgań na stanowiskach pracy oraz podano metody oceny narażenia.

Ostatnie dziesięciolecie to okres znaczącego postępu wiedzy na temat powiązań skutków zdrowotnych narażenia pracowników na działanie drgań z wartościami charakteryzującymi drgania występujące na stanowiskach pracy i czasem narażenia zawodowego. W jego wyniku wartości najwyższych dopuszczalnych natężeń (NDN) drgań mechanicznych, tak o działaniu ogólnym, jak i działających przez kończyny górne, uległy weryfikacji i nowelizacji, zarówno co do wartości, jak i struktury. W konsekwencji, weryfikacji i nowelizacji uległy też metody oceny narażenia. Utraciły zatem moc postanowienia zawarte w normach PN-91/N-01353 i PN-91/N-01354, natomiast postanowienia normy PN-91/N-01352 w znacznej części pozostają nadal aktualne.

Wykorzystując te postanowienia normy PN-91/N-01352, które pozostają w mocy, opracowano procedurę badania drgań na stanowiskach pracy, z uwzględnieniem ustanowionych w 2001 r. nowych przepisów dotyczących najwyższych dopuszczalnych natężeń (NDN) drgań mechanicznych. Procedura ta jest opublikowana w kwartalniku Podstawy i Metody Oceny Środowiska Pracy [11]. Stosuje się ją we wszelkich sytuacjach występujących na stanowiskach pracy, niezależnie od liczby czynności czy operacji wykonywanych przez pracownika w warunkach narażenia na drgania i czasu trwania tych czynności czy operacji. Dotyczy ona zarówno drgań mechanicznych o ogólnym działaniu na organizm człowieka (drgań ogólnych), jak i drgań działających na organizm człowieka przez kończyny górne (drgań miejscowych), bez względu na charakter zmienności drgań w czasie.

Wielkością mierzoną na stanowisku pracy jest przyspieszenie drgań, przy czym mierzy się wartość ważoną przyspieszenia. Zarówno dla drgań ogólnych, jak i miejscowych pomiary wartości ważonej przyspieszenia wykonuje się, jak już zasygnalizowano w rozdziale 9-4, w trzech prostopadłych do siebie kierunkach: x, y, z (układy współrzędnych odniesienia, za normą PN-91/N-01352, podano na rys. 9-2 i 9-3).

Drgania ogólne w kierunku osi x i y mierzy się z zastosowaniem filtru ważenia a_oxy, a w kierunku osi z - z zastosowaniem filtru ważenia a_oz. Pomiary obejmują zakres częstotliwości 0,9 ÷ 90 Hz [22]. Charakterystyki częstotliwościowe filtrów ważenia a_oxy i a_oz są, w uproszczeniu, odwzorowaniem charakterystyk wrażliwości organizmu człowieka na drgania ogólne, która zależy od częstotliwości drgań i kierunku ich propagacji w ciele człowieka.

Drgania miejscowe we wszystkich trzech kierunkach x, y, z mierzy się z zastosowaniem filtru ważenia a_M. Pomiary obejmują zakres częstotliwości 5,6 ÷ 1400 Hz [22]. Charakterystyka częstotliwościowa filtru ważenia a_M jest odwzorowaniem charakterystyki wrażliwości organizmu człowieka na drgania miejscowe - podobnie jak charakterystyka filtru korekcyjnego A przy pomiarach hałasu symuluje reakcję (wrażliwość) ucha ludzkiego na hałas.

Punkty pomiarowe są lokalizowane na źródle drgań, w miejscach ich przekazywania ze źródła do organizmu człowieka narażonego. Przy pomiarze drgań ogólnych, przekazywanych przez stopy do organizmu pracownika wykonującego pracę w pozycji stojącej, punkt pomiarowy jest lokalizowany w ich bezpośrednim sąsiedztwie. Jeżeli drgania tego rodzaju są przekazywane do organizmu człowieka wykonującego pracę w pozycji siedzącej, punkt pomiarowy jest lokalizowany na siedzisku. Przy pomiarze drgań działających na organizm człowieka przez kończyny górne, punkty pomiarowe lokalizuje się w miejscach rzeczywistego kontaktu dłoni człowieka ze źródłem drgań: narzędziem ręcznym, uchwytem, elementem sterowania itp.

Sposoby mocowania przetworników drgań w punktach pomiarowych mogą być różne, ale jako najkorzystniejsze są zalecane połączenia gwintowe. Jeśli w praktyce połączenie takie nie może być zrealizowane, można stosować klejenie, połączenie magnesem, specjalną sondę czy obejmę [4].

Wielkości zmierzone na stanowisku pracy, charakteryzujące drgania w poszczególnych osiach x, y i z, są podstawą do wyznaczenia kolejnej wielkości, którą jest:

• suma wektorowa skutecznych, ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań trzech składowych kierunkowych x, y i z,
  _w,s, określana - w zależności od rodzaju drgań - ze wzoru (5) lub (6).

W warunkach rzeczywistych pracownik może wykonywać w ciągu dnia pracy, o czym już wspomniano, różne czynności czy operacje związane z narażeniem na drgania, przy czym przy wykonywaniu poszczególnych czynności czy operacji intensywność generowanych drgań może być różna. Na takim stanowisku pracy pomiary drgań należy wykonać dla każdej czynności czy operacji oddzielnie, a następnie, na podstawie otrzymanych z pomiarów wyników, wyznaczyć oddzielnie sumy wektorowe charakteryzujące te czynności. Sum tych będzie tyle, ile czynności wykonuje pracownik na kontrolowanym stanowisku pracy w ciągu zmiany roboczej.

Wyznaczone sumy wektorowe a_w,si i określone czasy narażenia t_i na drgania charakteryzowane przez te sumy stanowią podstawę do wyznaczenia wielkości charakteryzującej ekspozycję na drgania. Wielkością tą jest:

• równoważna dla 8 godzin suma wektorowa skutecznych, ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań,
  _w,s,eq,8h, określana ze wzoru (7).

W niektórych przypadkach konieczne jest również wskazanie dodatkowej wielkości, którą jest:

• maksymalna suma wektorowa skutecznych, ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań,
  _w,s,max.

Wyboru maksymalnej sumy wektorowej dokonuje się wg zapisu (9).

Wyznaczona na podstawie wyników pomiarów wartość równoważnej dla 8 godzin sumy wektorowej przyspieszeń drgań i wartość maksymalnej sumy wektorowej przyspieszeń drgań są podstawą do oceny narażenia pracowników na drgania mechaniczne. Dopiero te wyznaczone wartości można porównać z ustalonymi dla drgań wartościami dopuszczalnymi i ocenić narażenie pracownika na drgania, czyli określić, czy na kontrolowanym stanowisku pracy występują, czy też nie występują przekroczenia obowiązujących wartości NDN.

Wartości dopuszczalne (NDN)

Dopuszczalne wartości drgań mechanicznych działających na człowieka przez kończyny górne oraz drgań o działaniu ogólnym są podane w wykazie wartości najwyższych dopuszczalnych natężeń (NDN), w rozporządzeniu ministra pracy i polityki społecznej z dnia 2 stycznia 2001 r. [19] zmieniającym rozporządzenie w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy [18].

Zgodnie z tym rozporządzeniem:

• dla drgań działających na organizm człowieka 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/s², przy 8-godzinnym działaniu drgań na organizm człowieka; dla ekspozycji trwających 30 minut i krócej maksymalna dopuszczalna wartość sumy wektorowej skutecznych, ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań wyznaczonych dla trzech składowych kierunkowych x, y i z nie powinna przekraczać 11,2 m/s²

• dla drgań o ogólnym działaniu na organizm człowieka, wartość sumy wektorowej skutecznych, ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań wyznaczonych dla trzech składowych kierunkowych x, y i z nie powinna przekraczać 0,8 m/s², przy 8-godzinnym działaniu drgań na organizm człowieka; dla ekspozycji trwających 30 minut i krócej maksymalna dopuszczalna wartość sumy wektorowej skutecznych, ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań wyznaczonych dla trzech składowych kierunkowych x, y i z nie powinna przekraczać 3,2 m/s².

9-9. OCENA RYZYKA ZAWODOWEGO

Na obecnym etapie rozwoju i realizacji polityki bezpieczeństwa pracy i ochrony zdrowia ocena narażenia pracowników na czynniki fizyczne występujące w środowisku pracy jest niewystarczająca.

W celu stworzenia możliwości zarządzania bezpieczeństwem i higieną pracy oraz ochroną zdrowia konieczna jest ocena ryzyka zawodowego. Osoby odpowiedzialne za jej dokonanie w zakładach pracy mogą obecnie wspierać swoje działania wytycznymi zawartymi w normach PN-N-18001:1999 [28] oraz PN-N-18002: 2000 [29].

W przypadku występowania na stanowisku pracy drgań mechanicznych, ocena ryzyka zawodowego to proces znacznie szerszy niż ocena narażenia na drgania, wymagający wielu dodatkowych działań. Ocena narażenia praktycznie kończy się stwierdzeniem, że na danym stanowisku pracy występują lub też nie występują przekroczenia wartości dopuszczalnych, ustalonych ze względu na ochronę zdrowia. Aby ocenić ryzyko zawodowe, należy pójść znacznie dalej. Wymaga się określenia poziomu badanego czynnika w stosunku do ustalonych wartości dopuszczalnych nawet wówczas, gdy na kontrolowanym stanowisku pracy przekroczenia wartości dopuszczalnych nie występują.

Poziom czynnika w stosunku do wartości dopuszczalnej jest określany przez wyznaczenie tzw. krotności czynnika, przy czym w przypadku drgań mechanicznych krotności te wyznacza się ze wzorów (10) i (11):

(10)

gdzie:	w,s,eq,8h	-	równoważna dla 8 godzin suma wektorowa skutecznych, ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań, w m/s^2, wyznaczona na danym stanowisku pracy
		w,s,dop,8h	-	dopuszczalna suma wektorowa odniesiona do 8-godzinnego narażenia pracownika na drgania, w m/s^2, ustalona w przepisach prawnych.

(11)

gdzie:	w,s,max	-	maksymalna suma wektorowa skutecznych, ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań, w m/s^2, wybrana na danym stanowisku pracy z j sum wektorowych charakteryzujących drgania przy czynnościach trwających ti  30 min
		w,s,dop,0,5h	-	maksymalna dopuszczalna suma wektorowa, w m/s^2, ustalona w przepisach prawnych.

W przypadkach, gdy całkowity czas narażenia pracownika na drgania w ciągu doby, t_e, jest dłuższy niż 30 min (t_e > 30 min) i czas trwania t_i wszystkich n wykonywanych przez pracownika czynności w warunkach narażenia na drgania jest dłuższy niż 30 min, podstawą do oceny ryzyka zawodowego jest krotność kr _eq,8h określona ze wzoru (10).

W przypadkach, gdy całkowity czas narażenia pracownika na drgania w ciągu doby, t_e, jest dłuższy niż 30 min (t_e > 30 min), ale choć jedna z czynności wykonywanych w ciągu dnia pracy w warunkach narażenia na drgania trwa 30 min lub krócej, do oceny ryzyka zawodowego należy wyznaczyć zarówno krotność kr_eq,8h ze wzoru (10), jak też krotność kr_max ze wzoru (11). Podstawą do oceny ryzyka zawodowego jest wówczas ta z wyznaczonych krotności, która ma większą wartość.

W przypadkach, gdy całkowity czas narażenia pracownika na drgania w ciągu doby, t_e, jest równy 30 min lub krótszy (t_e  30 min), wielkość ryzyka zawodowego wynikającego z narażenia pracownika na drgania na danym stanowisku pracy określa się na podstawie krotności kr_max wyznaczonej ze wzoru (11).

Przyjmuje się, że:

• ryzyko wystąpienia niekorzystnych dla zdrowia pracowników następstw narażenia na drgania na stanowisku pracy jest małe (M), jeżeli wyznaczona dla tego stanowiska krotność, będąca podstawą oceny ryzyka zawodowego, jest mniejsza od 0,5 (kr  0,5)

• ryzyko zawodowe przy narażeniu na drgania jest ryzykiem akceptowalnym (średnim - Ś), jeżeli wyznaczona dla stanowiska pracy krotność jest równa lub większa od 0,5, ale nie przekracza 1 (0,5  kr  1)

• ryzyko związane z narażeniem na drgania jest ryzykiem nieakceptowalnym (dużym - D), jeżeli wyznaczona dla stanowiska pracy krotność jest większa od 1 (kr > 1).

Zaszeregowanie ryzyka zawodowego do określonej klasy (małe, średnie czy duże) decyduje o rodzaju przedsięwzięć, które należy podjąć w ramach realizacji polityki bezpieczeństwa i ochrony zdrowia pracowników, a także o terminie wykonania następnych badań drgań na ocenianym stanowisku pracy. Częstotliwość wykonywania badań czynników potencjalnie szkodliwych na stanowiskach pracy w zależności od wielkości ustalonego ryzyka zawodowego jest określona w rozporządzeniu ministra zdrowia i opieki społecznej z dnia 9 lipca 1996 r. w sprawie badań i pomiarów czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy [16]. Zgodnie z tym rozporządzeniem, pomiary drgań mechanicznych na danym stanowisku pracy powinny być dokonane:

• po upływie dwóch lat - przy stwierdzeniu, na podstawie wyników ostatnio przeprowadzonego badania, ryzyka małego (kr  0,5)

• po upływie roku - przy stwierdzeniu ryzyka średniego - akceptowalnego (0,5  kr  1)

• po upływie sześciu miesięcy - w razie stwierdzenia ryzyka dużego - nieakceptowalnego (kr > 1).

9-10. PODSTAWOWE PRZYRZĄDY POMIAROWE

Pomiary drgań mechanicznych na stanowiskach pracy wykonuje się najczęściej miernikiem drgań (wibrometrem), który jest wyposażony w przetwornik przyspieszeń drgań, zwany też czujnikiem drgań, przetwornikiem drgań lub akcelerometrem. Przetwornik zamienia mierzony sygnał przyspieszenia drgań na proporcjonalny sygnał elektryczny. Najbardziej rozpowszechnione są obecnie przetworniki piezoelektryczne, wykorzystujące w procesie przetwarzania zjawisko piezoelektryczne.

Główne cechy charakteryzujące przetwornik to:

• masa

• czułość (ładunkowa i napięciowa)

• charakterystyka częstotliwościowa z zaznaczeniem częstotliwości rezonansowej przetwornika.

Przy wyborze przetwornika należy zwrócić uwagę na to, aby jego masa była znacznie mniejsza od masy obiektu (źródła drgań), do którego przetwornik ma być przymocowany. Przyjmuje się, że masa przetwornika nie powinna przekraczać 0,1 masy badanego obiektu. Należy tu zaznaczyć, że przetworniki o małej masie mają mniejszą czułość, przy czym czułość na ogół nie jest parametrem krytycznym, gdyż przedwzmacniacze wbudowane w mierniki drgań są przystosowane do współpracy z sygnałami o niskich poziomach.

Drugim istotnym parametrem przetwornika jest jego charakterystyka częstotliwościowa. Górna częstotliwość graniczna mierzonego sygnału drganiowego nie powinna przekraczać 1/3 częstotliwości rezonansowej przetwornika (rys. 9-6). Należy pamiętać, że częstotliwość rezonansowa przetwornika jest tym większa, im przetwornik ma mniejszą masę.


Rys. 9-6. Użyteczny zakres pomiarowy przetwornika drgań

Sygnał wyjściowy z przetwornika drgań jest podawany na wibrometr. Wibrometr wyposażony jest m.in. we wzmacniacz ładunkowy, umożliwiający pomiar drgań bez stosowania przedwzmacniaczy, a także w dwa filtry korekcyjne a₀ i filtr a_M o odpowiednio ukształtowanych charakterystykach częstotliwościowych, które umożliwiają pomiar wartości ważonych przyspieszenia drgań (patrz rozdziały 9-4 i 9-8). W wibrometr wbudowane są również detektory wartości skutecznej i wartości szczytowej (maksymalnej), co umożliwia, w razie potrzeby, pomiar wartości skutecznej przyspieszenia drgań i wartości szczytowej.

Jeśli w wyniku pomiarów chcemy otrzymać widmo drgań (zbiór wartości skutecznych przyspieszenia drgań w poszczególnych tercjowych pasmach częstotliwości), w celu na przykład opracowania wytycznych do ich ograniczenia, sygnał z przetwornika należy skierować na przedwzmacniacz. Zadaniem przedwzmacniacza jest przede wszystkim przetransformowanie wysokiej impedancji wyjściowej przetwornika drgań do wartości niższej, w celu zapewnienia właściwej współpracy z przyrządami analizującymi: wzmacniaczem pomiarowym z filtrami pasmowymi lub z analizatorem.

Wzmacniacz z filtrami pasmowymi lub analizator są elementami toru pomiarowego, na które podawany jest sygnał z przedwzmacniacza. Wskaźnik wzmacniacza lub analizatora umożliwia odczyt mierzonych wartości przyspieszenia drgań.

Stosując przy pomiarach metodę pośrednią, polegającą na zarejestrowaniu na kontrolowanym stanowisku pracy sygnału przyspieszenia drgań w celu poddania go analizie w warunkach laboratoryjnych, zestaw aparatury należy uzupełnić o analogowy lub cyfrowy rejestrator (magnetofon).

Stosowane przy pomiarach przetworniki przyspieszeń drgań powinny spełniać wymagania normy PN-91/N-01356 [24], zaś pozostała wykorzystywana aparatura - wymagania normy PN-91/N-01355 [23].

Tory pomiarowe, niezależnie od rodzaju wykorzystywanych elementów, należy każdorazowo, przed i po wykonywaniu pomiarów, wywzorcować odpowiednim kalibratorem, zgodnie z normą PN-91/N-01355 [23].

9-11. METODY OGRANICZANIA ZAGROŻEŃ DRGANIAMI MECHANICZNYMI

Minimalizowanie zagrożeń powodowanych drganiami mechanicznymi może być realizowane różnymi metodami. Najogólniej metody te można podzielić na techniczne i organizacyjno-administracyjne.

W grupie metod technicznych rozróżnia się:

• minimalizowanie drgań u źródła ich powstawania (zmniejszanie wibroaktywności źródeł)

• minimalizowanie drgań na drodze ich propagacji

• automatyzację procesów technologicznych i zdalne sterowanie źródłami drgań.

Zmniejszenie wibroaktywności źródeł można osiągnąć ingerując w ich konstrukcję (minimalizacja luzów, poprawa wyrównoważenia elementów wirujących, eliminacja wzajemnych uderzeń elementów współpracujących i ich właściwy montaż, właściwe mocowanie maszyn do podłoża - fundamentowanie itp.), [1, 2, 3, 7].

Tłumienie drgań na drodze ich propagacji uzyskuje się np. przez oddylatowanie fundamentów maszyn i urządzeń od otoczenia, stosowanie materiałów wibroizolacyjnych w różnej postaci (maty, podkładki, specjalne wibroizolatory), a także przez stosowanie środków ochrony indywidualnej. Należy przy tym zaznaczyć, że nie ma obecnie ochron indywidualnych zabezpieczających przed szkodliwym działaniem drgań ogólnych.

Do technicznych metod ograniczania zagrożenia powodowanego drganiami mechanicznymi zalicza się także, jak już zaznaczono, automatyzację procesów technologicznych i zdalne sterowanie źródłami drgań. Metody te pozwalają oddalić pracowników od obszarów zagrożonych drganiami mechanicznymi, zmniejszają zatem ryzyko utraty zdrowia na skutek działania drgań.

Metody organizacyjno-administracyjne ograniczania zagrożeń drganiami mechanicznymi to głównie:

• 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 im występujących zagrożeń powodowanych ekspozycją na drgania/li>

• w zakresie możliwie bezpiecznej obsługi maszyn i narzędzi.

Metody organizacyjno-administracyjne powinny być stosowane zwłaszcza tam, gdzie brak jest możliwości ograniczenia zagrożeń metodami technicznymi.

W minimalizacji zagrożeń drganiami mechanicznymi niebagatelną rolę odgrywa także profilaktyka medyczna. Ma ona na celu przede wszystkim niedopuszczenie do zatrudniania na stanowiskach operatorów maszyn i narzędzi drgających osób, których stan czynnościowy organizmu odbiega od normy, gdyż odchylenia te pod wpływem drgań mogą ulegać pogłębieniu. Osoby już pracujące w warunkach narażenia na drgania powinny być poddawane badaniom okresowym celem kontroli ich stanu zdrowia. Zakres i częstotliwość wstępnych, okresowych i kontrolnych badań lekarskich pracowników narażonych w miejscu pracy na działanie różnych czynników, w tym także drgań mechanicznych, określa rozporządzenie ministra zdrowia i opieki społecznej z dnia 30 maja 1996 r. [15] w sprawie przeprowadzania badań lekarskich pracowników, zakresu profilaktycznej opieki zdrowotnej nad pracownikami oraz orzeczeń lekarskich wydawanych do celów przewidzianych w kodeksie pracy.

W praktyce, w walce z zagrożeniami powodowanymi drganiami mechanicznymi najlepsze rezultaty daje stosowanie kilku wymienionych metod jednocześnie.

9-12. RĘKAWICE ANTYWIBRACYJNE

9-12.1. Metoda badań i kryteria oceny

Prace nad skonstruowaniem rękawic antywibracyjnych, tj. takich, które tłumiłyby drgania generowane przez narzędzia w możliwie szerokim zakresie częstotliwości, prowadzone są od wielu lat, zarówno w kraju, jak i zagranicą. Jednakże, do 1996 r. nie było jednoznacznie określonej metody badań rękawic proponowanych do ochrony przed drganiami, a także kryteriów ich oceny. Dopiero w 1996 r. została ustanowiona i opublikowana norma EN ISO 10819, w której sprecyzowano wymagania, jakie powinny spełniać rękawice, aby można je było uznać za antywibracyjne, oraz podano metodę badań rękawic i wymogi dotyczące stanowiska badawczego. Norma ta została wprowadzona do zbioru polskich norm jako PN EN ISO 10819: 2000 [27].

Od czasu ustanowienia omawianej normy, w wielu laboratoriach badawczych na świecie, w tym również w laboratoriach Centralnego Instytutu Ochrony Pracy w Warszawie, uruchomiono laboratoryjne stanowiska badawcze zgodne z jej wymaganiami i zaczęto prowadzić systematyczne badania sprzedawanych na rynkach rękawic, oferowanych przez producentów czy dystrybutorów jako antywibracyjne.

Procedura badań rękawic proponowanych do ochrony przed drganiami wymaga, aby były one wykonywane w warunkach laboratoryjnych, z wykorzystaniem wzbudnika drgań wyposażonego w specjalną rękojeść testową. Wzbudnik drgań powinien być usytuowany w pozycji poziomej tak, aby zapewnić prawidłową, wymaganą podczas badań postawę operatora (rys. 9-7).


Rys. 9-7. Postawa operatora podczas testowania rękawic

Rękojeść testowa jest pobudzana do drgań kolejno dwoma różnymi sygnałami testowymi (sygnałem M i sygnałem H) o odpowiednio ukształtowanych widmach. Sygnał M obejmuje zakres częstotliwości 32÷200 Hz, zaś sygnał H - zakres 200÷1250 Hz. Testowaniu podlegają trzy egzemplarze rękawic jednego typu, przy czym każdy egzemplarz jest testowany przez innego operatora dwukrotnie. W wyniku testów są wyznaczane dwa charakteryzujące rękawice współczynniki liczbowe: skorygowany współczynnik przenoszenia drgań
dla sygnału testowego M i skorygowany współczynnik przenoszenia drgań
dla sygnału testowego H. Wartości tych współczynników decydują, czy rękawice można uznać za antywibracyjne, czy też nie.

Nie można przypisywać właściwości antywibracyjnych rękawicom, które nie spełniają jednocześnie dwóch następujących warunków:

• 
  < 1 (wartość średnia skorygowanego współczynnika przenoszenia drgań przez rękawicę wyznaczona dla sygnału testowego M, mniejsza od 1)

• 
  < 0,6 (wartość średnia skorygowanego współczynnika przenoszenia drgań przez rękawicę wyznaczona dla sygnału testowego H, mniejsza od 0,6).

Zatem, w świetle ustalonych kryteriów oceny rękawic przeznaczonych do ochrony przed oddziaływaniem drgań, rękawice można uznać za antywibracyjne, jeśli:

• przynajmniej nie wzmacniają drgań przekazywanych z rękojeści na dłoń operatora w zakresie częstotliwości 32÷200 Hz,

a jednocześnie redukują drgania w zakresie częstotliwości 200÷1250 Hz do wartości mniejszych niż 60% wartości drgań mierzonych na dłoni operatora, gdy pracuje on bez rękawicy.

Ponadto, wg ustanowionej normy, rękawice antywibracyjne powinny być tak skonstruowane, aby ich palce miały takie same właściwości (rodzaj i grubość materiału), jak część dłoniowa, chwytna.

Wyniki dotychczas przeprowadzonych w kraju badań wskazują, że większość przebadanych typów rękawic, oferowanych na rynku jako antywibracyjne, nie spełnia minimalnych wymagań dla rękawic antywibracyjnych, a niektóre z nich w pewnych zakresach częstotliwości nawet drgania wzmacniają. Podobna sytuacja występuje też w innych krajach; ocenia się, że ustanowione w 1996 r. wymagania dla rękawic antywibracyjnych wyeliminowały z rynków europejskich około 90% rękawic sprzedawanych do niedawna jako środki ochrony indywidualnej przed drganiami. Dlatego w Polsce rękawice przeznaczone do ochrony pracowników przed szkodliwym działaniem mechanicznych drgań miejscowych zostały wprowadzone do wykazu środków ochrony indywidualnej podlegających obowiązkowej certyfikacji na znak bezpieczeństwa B. Obowiązek uzyskania przez producentów czy dystrybutorów certyfikatu dla rękawic antywibracyjnych powinien prowadzić do wyeliminowania z rynku wyrobów nie spełniających ustalonych wymagań i rozpowszechniania wyłącznie tych rękawic, które ustalone wymagania spełniają.

Obecnie (wrzesień 2001 r.) na rynku krajowym dostępny jest, niestety, tylko jeden typ rękawic antywibracyjnych, który ma ważny certyfikat uprawniający producenta do oznakowania wyrobu znakiem bezpieczeństwa B. Są to rękawice ochronne antywibracyjne ORPEL AV-1 (nr rejestracyjny R-10-002, nr certyfikatu - 183/99). Są one wykonywane w trzech wersjach konstrukcyjnych: jako pięciopalcowe, trójpalcowe oraz jednopalcowe. Spełniają wymagania normy PN EN ISO 10819 [27] oraz określone wymagania norm PN-EN 420: 1996 [25] i PN-EN 388: 1997 [26]. Badania certyfikacyjne rękawic przeznaczonych do ochrony przed drganiami są wykonywane w Centralnym Instytucie Ochrony Pracy.

Trudność w skonstruowaniu rękawic chroniących przed oddziaływaniem drgań mechanicznych jest spowodowana głównie zmiennością parametrów charakteryzujących warunki stosowania tych ochron. Zróżnicowany jest na przykład skład widmowy drgań generowanych przez różne narzędzia. Również siły zacisku i nacisku wywierane przez operatorów na narzędzia podczas ich eksploatacji są zmienne w czasie, a ponadto zależą od sposobu obsługi narzędzia przez danego operatora. Różny jest też rozkład tych sił na powierzchni kontaktu dłoni pracowników ze źródłem. W praktyce stanowi to istotne utrudnienie przy doborze odpowiedniego materiału na wkład wibroizolujący do konstrukcji rękawic, które powinny chronić pracowników przed drganiami w różnych warunkach pracy.

Należy zaznaczyć, że warunkiem krytycznym, trudnym do spełnienia, jest warunek
 < 0,6, co oznacza że rękawice antywibracyjne powinny odpowiednio tłumić drgania powyżej 200 Hz. Warunek
<1, oznaczający, że rękawice antywibracyjne nie mogą wzmacniać drgań w zakresie częstotliwości 32 ÷ 200 Hz, jest na ogół spełniony.

Ze względu na wciąż ograniczony asortyment rękawic rzeczywiście antywibracyjnych, badania nad nowymi, skutecznymi rozwiązaniami takich rękawic są kontynuowane zarówno w kraju, jak i za granicą. Rękawice takie z założenia nie będą tłumić drgań o niskich częstotliwościach (poniżej 30 ÷ 50 Hz), które powodują niekorzystne zmiany w układzie kostno-stawowym i mięśniowym rąk operatorów narzędzi wibracyjnych, ale powinny ograniczać drgania o częstotliwościach wyższych, które, jak wynika z badań, mają znaczny wpływ na pojawienie się i rozwój postaci naczyniowo-nerwowej zespołu wibracyjnego. Jest to niezmiernie istotne, gdyż wśród rejestrowanych przypadków zespołu wibracyjnego jego postać naczyniowo-nerwowa występuje najczęściej.

Należy podkreślić, że stosowanie rękawic antywibracyjnych może nie tylko ograniczyć drgania transmitowane z narzędzi do rąk operatora, lecz także zabezpieczyć ręce przed niską temperaturą i wilgocią, które to czynniki potęgują skutki oddziaływania drgań, przyspieszając rozwój choroby wibracyjnej.

9-12.2. Dobór rękawic antywibracyjnych do narzędzi (stanowisk pracy)

Ustanowiona norma EN ISO 10819: 1996 (PN EN ISO 10819: 2000), w której określono metodę badań rękawic przeznaczonych do ochrony przed drganiami oraz kryteria ich oceny, umożliwia testowanie tych środków ochrony w różnych laboratoriach badawczych w jednolity sposób i orzekanie o zgodności ich właściwości z ustalonymi w normie wymaganiami. Jednakże pozytywna ocena rękawic w wyniku testów „normowych”, a w konsekwencji sklasyfikowanie rękawic jako antywibracyjnych, nie oznacza, że rękawice te będą jednakowo skuteczne przy pracy każdym narzędziem. Ta sama rękawica może zupełnie inaczej zachowywać się w zależności od charakteru widma drgań generowanych przez narzędzie, wywieranych na narzędzie sił zacisku i nacisku, warunków środowiskowych, sposobu pracy i właściwości osobniczych pracownika. Może się zdarzyć, że rękawice antywibracyjne w danej, konkretnej sytuacji nie ograniczą transmisji drgań w ogóle lub też ograniczą ją jedynie w minimalnym stopniu. Zatem, wybór z asortymentu rękawic pozytywnie ocenionych w świetle wymagań normy tych, które będą najbardziej skuteczne w danych warunkach, stanowi odrębny problem i wymaga stosowania dodatkowych procedur, podobnie jak stosowania odpowiednich procedur wymaga prawidłowy dobór do stanowisk pracy ochronników słuchu.

Przy doborze rękawic antywibracyjnych do narzędzia należy mieć na uwadze fakt, że podstawą do oceny narażenia pracowników na drgania mechaniczne w środowisku pracy i związanego z tym narażeniem zawodowego ryzyka utraty zdrowia, są mierzone na stanowiskach pracy wartości ważone przyspieszenia drgań. Wartości te, po uwzględnieniu czasu dziennej ekspozycji na zmierzone drgania, są porównywane z wartościami dopuszczalnymi ustalonymi w normach higienicznych ze względu na ochronę zdrowia. W przypadku drgań mechanicznych oddziałujących na pracowników przez kończyny górne, ważone przyspieszenie drgań jest mierzone na rękojeści narzędzia, przy czym zakłada się, że wartość ważona przyspieszenia drgań na dłoni operatora obsługującego narzędzie „gołą” ręką jest taka sama, jak zmierzona na rękojeści. Po wprowadzeniu do układu: narzędzie ręczne - ręka operatora, wibroizolacji, tj. rękawic antywibracyjnych, sygnał drganiowy na dłoni operatora ulega zmianie w stosunku do sygnału mierzonego na rękojeści, przy czym wielkość i charakter zmiany zależą od pierwotnego sygnału na rękojeści oraz od właściwości tłumiąco-wibroizolacyjnych rękawicy. W wyniku zmiany sygnału drganiowego na dłoni operatora, spowodowanej zastosowaniem rękawicy, zmienia się też wartość ważona przyspieszenia drgań na dłoni, czyli drgań wnikających do organizmu. Im mniejsza będzie wartość ważona przyspieszenia drgań na dłoni operatora obsługującego dane narzędzie po wprowadzeniu rękawicy w stosunku do wartości ważonej przyspieszenia drgań zmierzonej na rękojeści tego narzędzia, tym skuteczność rękawicy w ograniczaniu transmisji drgań do organizmu operatora będzie większa.

Przyjęto zatem, że podstawową miarą skuteczności ochrony wnoszonej przez rękawice zastosowane do pracy danym narzędziem jest bezwymiarowy ważony wskaźnik skuteczności ochrony WSO_w. Jest to stosunek wartości sumy wektorowej ważonych przyspieszeń drgań wyznaczonych w kierunku x, y, z na rękojeści narzędzia (czyli na dłoni operatora pracującego bez zabezpieczeń) do wartości sumy wektorowej ważonych przyspieszeń drgań wyznaczonych w tych trzech kierunkach na dłoni operatora obsługującego to narzędzie z zastosowaniem środka ochrony:

(12)

Ważony wskaźnik skuteczności ochrony równy jedności oznacza, że zastosowane rękawice nie ograniczają transmisji drgań z rękojeści do dłoni operatora w ogóle, czyli nie ma żadnego skutku ich działania.

Ważony wskaźnik skuteczności ochrony mniejszy od jedności oznacza, że zastosowane rękawice nie tylko nie ograniczają transmisji drgań z rękojeści narzędzia do dłoni operatora, ale tę transmisje wzmacniają.

Ważony wskaźnik skuteczności ochrony większy od jedności oznacza, że zastosowane rękawice ograniczają transmisję drgań z rękojeści do dłoni operatora, a zatem redukują drgania wnikające do organizmu operatora przez kończyny górne, ograniczając zawodowe ryzyko pojawienia się i rozwoju choroby wibracyjnej.

Przy tak przyjętej definicji ważonego wskaźnika skuteczności ochrony, rzeczywiście skuteczny przy pracy danym narzędziem jest tylko taki środek ochrony, dla którego wyznaczony wskaźnik jest większy od jedności, zaś stopień redukcji drgań przez ochronę jest tym większy, im większy jest ten wskaźnik.

Zatem, dobór rękawic do pracy danym narzędziem, którego celem jest ograniczenie ryzyka zawodowego choroby wibracyjnej w maksymalnie możliwym stopniu, polega na wyselekcjonowaniu z asortymentu rękawic spełniających wymagania przedmiotowej normy takiego środka ochrony, dla którego wyznaczony ważony wskaźnik skuteczności osiąga najwyższą wartość.

Do opisu osiągów środka ochrony przeznaczonego do redukcji drgań transmitowanych z danego narzędzia do dłoni operatora służy też miara dodatkowa, tj. bezwymiarowy liniowy wskaźnik skuteczności ochrony WSO_LIN. Wskaźnik liniowy jest wyznaczany w celach informacyjnych, jako iloraz wartości sumy wektorowej nieważonych przyspieszeń drgań, zmierzonych w kierunkach x, y, z na rękojeści narzędzia przy użyciu filtru z liniową charakterystyką częstotliwościową, i wartości sumy wektorowej nieważonych przyspieszeń drgań, wyznaczonych w trzech kierunkach na dłoni operatora obsługującego to narzędzie z zastosowaniem środka ochrony:

(13)

Skuteczność danego środka ochrony w ograniczaniu drgań przenoszonych z określonego narzędzia do rąk jego operatora jest opisana w głównej mierze przez wartość ważonego wskaźnika skuteczności ochrony, wyznaczonego dla danego układu „narzędzie - środek”. Wartość ta powinna być jak największa. Przy doborze odpowiedniego do narzędzia środka chroniącego przed drganiami, należy też mieć na uwadze wartość wskaźnika liniowego.

Współczynniki przenoszenia drgań
i
, wyznaczane dla rękawic wg normy EN ISO 10819, mają podstawowe znaczenie przy klasyfikacji rękawic: na ich podstawie rękawice mogą zostać uznane za antywibracyjne i uzyskać certyfikat uprawniający producenta do oznakowania wyrobu znakiem bezpieczeństwa CE. Na podstawie tych współczynników trudno jest jednak ocenić, jak dana rękawica, nawet sklasyfikowana jako antywibracyjna, będzie zachowywać się w warunkach praktycznego zastosowania do pracy konkretnym narzędziem.

Podane informacje pozwalają sformułować pierwszą ogólną zasadę, która powinna być przestrzegana przy doborze rękawic do narzędzi (stanowisk pracy), a mianowicie:

• dobierając antywibracyjne rękawice ochronne do narzędzia nie można kierować się jedynie charakterystycznymi dla nich wartościami współczynników
  i
  , gdyż wybór rękawic z globalnymi współczynnikami przenoszenia drgań o najniższych wartościach wcale nie oznacza, że rękawice te będą najbardziej skuteczne w ochronie przed drganiami generowanymi przez dane narzędzie.

Dla osób odpowiedzialnych w zakładach pracy za ochronę zdrowia pracowników znacznie bardziej użyteczne są informacje o wartościach współczynników przenoszenia drgań wyznaczonych dla rękawic w pasmach częstotliwości. Dopiero te współczynniki cząstkowe, a nie globalne, pozwalają oszacować, na ile rękawica tłumi drgania w poszczególnych pasmach. Zatem druga zasada ogólna brzmi:

• aby właściwie dobrać rękawice chroniące przed drganiami do określonych narzędzi wibracyjnych, konieczna jest znajomość charakterystyk częstotliwościowych przenoszenia przez nie drgań (producenci rękawic przeznaczonych do ochrony przed drganiami nie podają zazwyczaj takich charakterystyk, gdyż nie są one obligatoryjnie wymagane przy testowaniu rękawic wg EN ISO 10819).

Jak już zaznaczono, osiągi rękawicy o określonych, znanych właściwościach tłumiąco-wibroizolacyjnych w redukcji drgań generowanych przez dane narzędzie zależą nie tylko od tych właściwości, lecz także od charakteru widma drgań występującego na rękojeści tego narzędzia. Kolejną więc ogólną zasadę można sformułować następująco:

• aby właściwie dobrać rękawice ochronne antywibracyjne do danego narzędzia, konieczna jest znajomość rozkładu widmowego sygnału drganiowego występującego na jego rękojeści.

Proces doboru najbardziej skutecznego środka ochrony przed drganiami do pracy danym narzędziem składa się zatem z następujących kroków.

1. Pomiar widma drgań poszczególnych składowych kierunkowych x, y, z na rękojeści narzędzia, czyli określenie wartości skutecznych przyspieszenia drgań
   _x,r,i,,
   _y,r,i,
   _z,r,i w poszczególnych i-tych pasmach tercjowych, od pasma o częstotliwości środkowej 6,3 Hz (i = 1) do pasma o częstotliwości środkowej 1250 Hz (i = 24).

2. Wyznaczenie dla poszczególnych składowych kierunkowych x, y, z skutecznych wartości ważonych przyspieszenia drgań na rękojeści narzędzia
   _x,w,r,,
   _y,w,r,
   _z,w,r.

3. Wyznaczenie dla poszczególnych składowych kierunkowych x, y, z skutecznych wartości nieważonych przyspieszenia drgań na rękojeści narzędzia:
   _x,lin,r,
   _y,lin,r,
   _z,lin,r.

4. Określenie sumy wektorowej
   _w,r,s wartości ważonych przyspieszenia drgań wyznaczonych na rękojeści narzędzia i analogicznej sumy wektorowej
   _lin,r,s wartości nieważonych





5. Skorygowanie widm drgań poszczególnych składowych kierunkowych x, y, z, wyznaczonych na rękojeści narzędzia w 1. kroku, znaną charakterystyką częstotliwościową przenoszenia drgań danej rękawicy, czyli przemnożenie wartości skutecznych przyspieszenia drgań
   _x,r,i,
   _y,r,i,
   _z,r,i, zmierzonych na rękojeści narzędzia w poszczególnych, i-tych pasmach tercjowych, przez znane wartości współczynnika przenoszenia drgań
   , wyznaczone dla danego środka ochrony w tych samych i-tych pasmach.
   W wyniku realizacji tego kroku otrzymujemy widma drgań poszczególnych składowych x, y, z na dłoni operatora pracującego danym narzędziem z zastosowaniem danego środka ochrony. Widma te są określone przez wartości skuteczne przyspieszenia drgań
   _x,d,i,
   _y,d,i,
   _z,d,i.

6. Wyznaczenie z widm drgań, określonych w 5. kroku, skutecznych wartości ważonych przyspieszenia drgań
   _x,w,d,
   _y,w,d,
   _z,w,d na dłoni operatora pracującego danym narzędziem z zastosowaniem danego środka ochrony.

7. Wyznaczenie z widm drgań, określonych w 5. kroku, skutecznych wartości nieważonych przyspieszenia drgań
   _x,lin,d,
   _y,lin,d,
   _z,lin,d na dłoni operatora pracującego danym narzędziem z zastosowaniem danego środka ochrony.

8. Określenie sumy wektorowej
   _w,d,s wartości ważonych przyspieszenia drgań, wyznaczonych na dłoni operatora stosującego środek ochrony, i analogicznej sumy wektorowej
   _lin,d,swartości nieważonych





9. Obliczenie ze wzoru (12) ważonego wskaźnika skuteczności danej ochrony WSO_w przy jej zastosowaniu do danego narzędzia, czyli ilorazu sumy wektorowej wartości ważonych przyspieszenia drgań wyznaczonych na rękojeści danego narzędzia (4. krok) i sumy wektorowej wartości ważonych przyspieszenia drgań wyznaczonych na dłoni operatora obsługującego to narzędzie z zastosowaniem danego środka ochrony (8. krok).

10. Obliczenie ze wzoru (13) liniowego wskaźnika skuteczności danej ochrony WSO_linprzy jej zastosowaniu do danego narzędzia, czyli ilorazu sumy wektorowej wartości nieważonych przyspieszenia drgań wyznaczonych na rękojeści danego narzędzia (4. krok) i sumy wektorowej wartości nieważonych przyspieszenia drgań wyznaczonych na dłoni operatora obsługującego to narzędzie z zastosowaniem danego środka ochrony (8. krok).

11. Powtórzenie procedury od kroku 5. do kroku 10. dla każdego rozważanego środka ochrony.

12. Sporządzenie listy wszystkich środków ochrony rozpatrywanych przy doborze do danego narzędzia, z podaniem dla każdego z nich:

• wyznaczonej, jak w kroku 9., wartości ważonego wskaźnika skuteczności ochrony WSO_w

• wyznaczonej, jak w kroku 10., wartości liniowego wskaźnika skuteczności ochrony WSO_lin

oraz wskazanie tego środka spośród rozpatrywanych, dla którego wartość wskaźnika WSO_w jest największa, czyli tego, który najskuteczniej ogranicza transmisję drgań generowanych przez dane narzędzie do rąk jego operatora.

Należy zaznaczyć, że stosowanie rękawic antywibracyjnych nie tylko ogranicza drgania transmitowane z narzędzi do rąk operatora, lecz także zabezpiecza ręce przed niską temperatura i wilgocią, które to czynniki potęgują skutki oddziaływania drgań, przyspieszając rozwój zespołu wibracyjnego.

9-13. PODSUMOWANIE

Zawodowe narażenie na drgania mechaniczne jest problemem badanym zarówno przez służby techniczne, jak i medyczne. Źródła nadmiernych drgań mechanicznych, a zatem zagrożenia zdrowia człowieka na skutek działania tego czynnika, występują w wielu środowiskach pracy, a szczególnie w przemyśle przetwórczym, budownictwie, kamieniarstwie, górnictwie, leśnictwie i rolnictwie oraz wśród obsługi i użytkowników wszelkiego rodzaju pojazdów drogowych i szynowych, statków, samolotów oraz maszyn budowlanych.

Według danych statystycznych, spośród ok. 6 mln osób objętych sprawozdawczością w 2000 r., ok. 40 tys. pracowało w warunkach zagrożenia drganiami mechanicznymi, tj. w warunkach przekroczenia ustalonych dla drgań wartości najwyższych dopuszczalnych natężeń. W tymże roku stwierdzono ponad 200 nowych przypadków zespołu wibracyjnego, czyli choroby zawodowej powodowanej działaniem drgań miejscowych. Zespół wibracyjny stanowił 2,7% wszystkich chorób zawodowych i znajdował się na 7. pozycji na liście tych chorób.

Ze względu na niepożądane skutki zawodowej ekspozycji na drgania mechaniczne: zdrowotne, społeczne i ekonomiczne (obniżenie wydajności i jakości pracy, koszty związane z absencją w pracy, leczeniem i rentami inwalidzkimi), konieczne jest:

• szybkie rozpoznawanie zagrożenia w przedsiębiorstwie - lokalizowanie stanowisk pracy, na których mogą wystąpić nadmierne drgania mechaniczne

• kontrolowanie tych stanowisk przez wykonanie pomiarów drgań zgodnie z obowiązującymi procedurami

• analizowanie i ocenianie stanu zagrożenia i ryzyka zawodowego

• podejmowanie na bieżąco przedsięwzięć zmierzających do ograniczenia zagrożeń drganiami

• opracowywanie programów poprawy bezpieczeństwa pracy, m.in. w zakresie ograniczania zagrożeń drganiami mechanicznymi

• realizowanie opracowanych programów

• prowadzenie wstępnych i okresowych badań lekarskich pracowników

• organizowanie szkoleń w celu poszerzenia wiedzy o występującym zagrożeniu oraz szkoleń w zakresie prawidłowej, bezpiecznej obsługi maszyn, urządzeń i narzędzi.

9-14. SŁOWNICZEK

Generacja - wytwarzanie czegoś (np. drgań).

Hand-arm vibration syndrome (HAVS), zespół (syndrom) wibracyjny układu ręka-ramię - termin stosowany w literaturze do kompleksowego określenia zaburzeń wywoływanych przez drgania mechaniczne działające na kończyny górne.

Klasyfikacja - podział na klasy, działy, rodzaje, grupy itp. według określonej zasady.

Konsystencja - spoistość, stopień twardości, gęstość substancji (np. tkanek).

Minimalizacja - sprowadzenie czegoś do najmniejszych rozmiarów, wartości.

Parametr - wielkość charakterystyczna dla danego procesu lub urządzenia, maszyny itp.

Profilaktyka - zespół działań i środków stosowanych w celu zapobiegania czemuś (np. chorobom).

Propagacja - rozchodzenie się zaburzeń (np. drgań) w danym ośrodku (np. w tkankach organizmu człowieka).

Reakcja (biologiczna) - działanie, odpowiedź żywego organizmu na bodźce zewnętrzne (np. drgania) lub wewnętrzne.

Ryzyko - prawdopodobieństwo zajścia szkody, zaburzenia, choroby itp.

Vibration white finger (VWF) - choroba, w Polsce potocznie zwana „chorobą białych palców”, powodowana działaniem drgań mechanicznych na ręce; postać naczyniowa zespołu wibracyjnego.

Zawodowa ekspozycja na drgania - wystawienie organizmu na działanie drgań mechanicznych w miejscu pracy.

9-15. BIBLIOGRAFIA

1. Cempel Cz.: Wibroakustyka stosowana. Warszawa, PWN 1989.

2. Engel Z.: Ochrona środowiska przed drganiami i hałasem. Warszawa, PWN 1993.

3. Engel Z., Koton J., Kowalski P., Szopa J.: Metody ochrony przed drganiami mechanicznymi. [W:] Ochrona przed hałasem i drganiami w środowisku pracy. Red. D. Augustyńska, W. M. Zawieska. Warszawa, CIOP 1999, s.151-169.

4. Griffin M. J.: Handbook of Human Vibration. London, Academic Press 1990.

5. Harazin B.: Drgania mechaniczne. Sosnowiec, IMPiZŚ 1996.

6. Harazin B.: Zagrożenie zdrowia wywołane działaniem drgań mechanicznych. Sosnowiec, IMPiZŚ 2000.

7. Koradecka D., Lipowczan A.: Drgania mechaniczne (wibracje). [W:] Bezpieczeństwo pracy i ergonomia. Red. D. Koradecka. T.1. Warszawa, CIOP 1999, s. 323-372.

8. Koton J., Harazin B.: Skutki zdrowotne zawodowego narażenia na drgania miejscowe. Warszawa, CIOP 2000.

9. Koton J., Kowalski P., Szopa J.: Rękawice antywibracyjne - metoda badań i kryteria oceny. Bezpieczeństwo Pracy 1997, nr 3, s. 20-22.

10. Koton J., Szopa J.: Drgania mechaniczne. [W:] Ocena ryzyka zawodowego. T. 1. Podstawy metodyczne. Wyd. 2. Warszawa, CIOP 2001.

11. Koton J., Szopa J.: Drgania mechaniczne. Procedura badania drgań na stanowisku pracy. Podstawy i Metody Oceny Środowiska Pracy 2001, z. 1(27), s. 213-224.

12. Koton J., Szopa J.: Rękawice antywibracyjne - ocena skuteczności i zasady doboru do stanowisk pracy. Bezpieczeństwo Pracy 1999, nr 11, s. 2-5.

13. Markiewicz L.: Wibracje. Warszawa, Inst. Wyd. CRZZ 1980.

14. Pelmear P. L., Taylor W., Wasserman D. E.: Hand-Arm Vibration. New York, Van Nostrand Reinhold 1992.

15. Rozporządzenie Ministra Zdrowia i Opieki Społecznej z dnia 30 maja 1996 r. w sprawie przeprowadzania badań lekarskich pracowników, zakresu profilaktycznej opieki zdrowotnej nad pracownikami oraz orzeczeń lekarskich wydawanych do celów przewidzianych w Kodeksie pracy. Dz. U. nr 69, poz. 332.

16. Rozporządzenie Ministra Zdrowia i Opieki Społecznej z dnia 9 lipca 1996 r. w sprawie badań i pomiarów czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy. Dz. U. nr 86, poz. 394.

17. Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej z dnia 26 września 1997 r. w sprawie ogólnych przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy. Dz. U. nr 129, poz. 844.

18. Rozporządzenia Ministra Pracy i Polityki Socjalnej z dnia 17 czerwca 1998 r. w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy. Dz. U. nr 79, poz. 513.

19. Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Społecznej z dnia 2 stycznia 2001 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy. Dz. U. nr 4, poz. 36.

20. PN-82/N-01350 Drgania. Terminologia.

21. PN-82/N-01351 Drgania. Podstawowe symbole i jednostki.

22. PN-91/N-01352 Drgania. Zasady wykonywania pomiarów na stanowiskach pracy.

23. PN-91/N-01355 Drgania. Przyrządy do pomiaru drgań mechanicznych oddziałujących na organizm człowieka. Wymagania i badania.

24. PN-91/N-01356 Drgania. Przetworniki piezoelektryczne drgań mechanicznych oddziałujących na organizm człowieka. Wymagania i badania.

25. PN EN 420: 1996 Wymagania ogólne dla rękawic.

26. PN EN 388: 1997 Rękawice ochronne chroniące przed zagrożeniami mechanicznymi.

27. PN EN ISO 10819: 2000 Drgania i wstrząsy mechaniczne - Drgania odziałujące na organizm człowieka przez kończyny górne - Metoda pomiaru i oceny współczynnika przenoszenia drgań przez rękawice na dłoń operatora.

28. PN-N-18001: 1999 Systemy zarządzania bezpieczeństwem i higiena pracy. Wymagania.

29. PN-N-18002: 2000 Systemy zarządzania bezpieczeństwem i higieną pracy. Ogólne wytyczne do oceny ryzyka zawodowego.

PYTANIA Z ODPOWIEDZIAMI

1. Czy drgania mechaniczne mogą być przekazywane do organizmu człowieka za pośrednictwem powietrza?

Nie. Drgania mechaniczne są przekazywane do organizmu człowieka jedynie przez bezpośredni kontakt człowieka z drgającym ciałem stałym, bez udziału środowiska powietrznego.

2. W jakich ośrodkach rozprzestrzeniają się drgania mechaniczne?

Drgania mechaniczne rozprzestrzeniają się w ośrodkach stałych.

3. Czy diagnostyka wibroakustyczna zajmuje się wpływem drgań mechanicznych na organizm człowieka?

Diagnostyka wibroakustyczna zajmuje się wpływem drgań np. na maszyny, nie na organizm ludzki.

4. Jakie wielkości charakteryzujące drgania mierzymy na stanowisku pracy, aby ocenić narażenie pracownika na ten czynnik?

Aby ocenić narażenie pracownika na drgania na stanowisku pracy, mierzy się przyspieszenie drgań w trzech wzajemnie prostopadłych do siebie kierunkach x, y, z.

5. Co to jest analiza widmowa drgań?

Analiza widmowa drgań to prezentacja drgań złożonych w funkcji częstotliwości, czyli rozkładanie drgań złożonych na drgania składowe o określonych częstotliwościach.

6. Jakie przyrządy pomiarowe są stosowane do wykonywania analizy widmowej drgań?

Do wykonywania analizy widmowej drgań niezbędny jest analizator częstotliwości lub miernik drgań wyposażony w analizujące filtry zewnętrzne.

7. Jak zmierzyć wartość ważoną przyspieszenia drgań?

Wartość ważoną przyspieszenia drgań należy mierzyć miernikiem drgań, wyposażonym w odpowiednie filtry ważenia.

8. W jakie filtry ważenia musi być wyposażony miernik do pomiaru drgań na stanowisku pracy?

Miernik do pomiaru drgań na stanowisku pracy musi być wyposażony w trzy filtry ważenia: filtr a_M do pomiaru drgań miejscowych oraz dwa filtry do pomiaru drgań ogólnych - a_oxy i a_oz.

9. Jaka wielkość charakteryzuje drgania na stanowisku pracy podczas wykonywania czynności lub operacji w warunkach narażenia na ten czynnik?

Drgania występujące na stanowisku pracy przy wykonywaniu poszczególnych czynności charakteryzuje suma wektorowa skutecznych, ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań trzech składowych kierunkowych x, y i z .

10. Jakie wielkości charakteryzują narażenie pracownika na drgania na stanowisku pracy?

Narażenie pracownika na drgania na stanowisku pracy jest charakteryzowane przez równoważną dla 8 godzin sumę wektorową ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań trzech składowych kierunkowych x, y, z i/lub przez maksymalną sumę wektorową skutecznych, ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań.

11. Dlaczego przy ocenie narażenia na drgania należy określać rzeczywisty czas działania drgań na organizm człowieka w ciągu zmiany roboczej?

Przy ocenie narażenia pracownika na drgania należy zawsze określać rzeczywisty czas narażenia na zmierzone drgania w ciągu zmiany roboczej, gdyż jest to niezbędne do wyznaczenia wartości równoważnej dla 8 godzin sumy wektorowej ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań.

12. Jak są definiowane drgania ustalone?

Drgania ustalone są to drgania, których wartości skuteczne przyspieszenia drgań w tercjowych pasmach częstotliwości lub wartości ważone przyspieszenia drgań zmieniają się nie więcej niż 2 razy w stosunku do najmniejszej zmierzonej wartości tych parametrów.

13. Jak definiujemy drgania miejscowe i czym różnią się one od drgań ogólnych?

Drgania miejscowe są to drgania przekazywane do organizmu człowieka przez ręce, natomiast drgania ogólne - przez stopy, miednicę, plecy lub boki. Zatem podstawą do podziału drgań na miejscowe i ogólne jest miejsce ich wnikania do organizmu, co w konsekwencji powoduje różne ich działanie na organizm człowieka.

14. Jaki zakres częstotliwości obejmują pomiary drgań ogólnych, a jaki drgań miejscowych?

Pomiary drgań ogólnych obejmują zakres częstotliwości 0,9 ÷ 90 Hz, a drgań miejscowych 5,6 ÷ 1400 Hz.

15. Czy reakcja organizmu ludzkiego na działanie drgań zależy od ich częstotliwości?

Tak. Organizm człowieka różnie reaguje na drania o różnych częstotliwościach.

16. Jak zróżnicowana reakcja człowieka na drgania o różnych częstotliwościach jest uwzględniona w pomiarach drgań na stanowiskach pracy?

Zróżnicowaną reakcję człowieka na drgania o różnych częstotliwościach uwzględnia się stosując do pomiarów filtry ważenia o odpowiednio ukształtowanych charakterystykach częstotliwościowych, odwzorowujących charakterystyki częstotliwościowe wrażliwości organizmu człowieka na drgania.

17. Czym charakteryzuje się przerywane narażenie na drgania?

Przerywane narażenie na drgania to narażenie, które występuje wielokrotnie - z przerwami - w ciągu zmiany roboczej.

18. Czym charakteryzuje się choroba potocznie zwana „chorobą białych palców” i jakie są jej przyczyny?

Tzw. „choroba białych palców” charakteryzuje się zmianami w układzie naczyniowo-nerwowym palców i dłoni. Objawem choroby są napadowe skurcze naczyń krwionośnych powodujące blednięcie opuszki jednego lub kilku palców. Powstaje na skutek działania drgań miejscowych. Czynnikami współdziałającymi w pojawieniu się i rozwoju tej choroby są niska temperatura i duża wilgotność otoczenia.

19. Jakie zaburzenia w organizmie człowieka powodują najczęściej drgania o ogólnym działaniu?

Drgania o działaniu ogólnym powodują głównie zmiany w układzie kostno-stawowym i zaburzenia w czynnościach narządów wewnętrznych.

20. Jakie są niekorzystne skutki funkcjonalne działania drgań mechanicznych na człowieka?

Skutki funkcjonalne działania drgań mechanicznych to m.in. zakłócenia koordynacji ruchów, wydłużenie czasu reakcji wzrokowej oraz ruchowej, nadmierne zmęczenie.

21. Co oznacza skrót NDN? Podaj definicję.

NDN (najwyższe dopuszczalne natężenie) dla danego czynnika to wartość, przy której oddziaływanie tego czynnika na pracownika przez 8 godzin w ciągu doby i przez 42 godziny w ciągu tygodnia, przez okres jego aktywności zawodowej, nie powinno spowodować ujemnych zmian w jego stanie zdrowia oraz w stanie zdrowia jego przyszłych pokoleń.

22. W jakim akcie prawnym są podane wartości najwyższych dopuszczalnych natężeń (NDN) drgań mechanicznych na stanowiskach pracy, ustalone ze względu na ochronę zdrowia pracowników?

Wartości NDN drgań mechanicznych są podane w rozporządzeniu ministra pracy i polityki społecznej z dnia 2 stycznia 2001 r., zmieniającym rozporządzenie w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy.

23. W jakiej postaci są podane wartości NDN dla drgań mechanicznych?

Wartości NDN dla drgań mechanicznych są podane w postaci:

• dopuszczalnej wartości sumy wektorowej skutecznych, ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań wyznaczonych dla trzech składowych kierunkowych x, y i z , przy 8-godzinnym działaniu drgań na organizm człowieka

• maksymalnej dopuszczalnej wartości sumy wektorowej skutecznych, ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań wyznaczonych dla trzech składowych kierunkowych x, y i z , dla ekspozycji trwających 30 minut i krócej.

24. Na jakiej podstawie jest oceniane ryzyko zawodowe wynikające z narażenia na drgania?

Podstawą do oceny ryzyka zawodowego wynikającego z narażenia na drgania jest krotność wartości równoważnej dla 8 godzin sumy wektorowej ważonych przyspieszeń drgań, wyznaczonej na danym stanowisku pracy, w stosunku do ustalonej dla tej sumy wartości dopuszczalnej lub krotność wartości maksymalnej sumy wektorowej ważonych przyspieszeń drgań wyznaczonej na danym stanowisku pracy w stosunku do ustalonej maksymalnej wartości dopuszczalnej.

25. W jakich przypadkach należy stwierdzić, że ryzyko zawodowe na danym stanowisku pracy jest duże?

Ryzyko zawodowe na danym stanowisku pracy należy określić jako duże, gdy krotność wyznaczonej na tym stanowisku wielkości charakteryzującej narażenia pracownika na drgania w stosunku do ustalonej dla tej wielkości wartości dopuszczalnej jest większa od jedności (kr > 1).

26. Do czego służy przetwornik drgań?

Przetwornik drgań stosowany przy pomiarach służy do zamiany mierzonego sygnału drganiowego na proporcjonalny sygnał elektryczny.

27. Jakie są metody ograniczania zagrożeń drganiami mechanicznymi?

Do ograniczania zagrożeń drganiami mechanicznymi służą metody techniczne (u źródła, na drodze propagacji, automatyzacja procesów), metody organizacyjno-administracyjne (np. skracanie czasu narażenia na drgania, rotacja pracowników wykonujących prace w warunkach narażenia na drgania, szkolenia) oraz profilaktyka i opieka medyczna.

1

---