DRGANIA MECHANICZNE

dr inż. ZBIGNIEW NĘDZA

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.

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 wykładu 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).

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. 1) chwilowa wartość przyspieszenia drgań jest określona zależnością:

Rysunek 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:

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:

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:

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 wykładu. 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.

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 - 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 rysunku 2, a układy współrzędnych (ruchomy i nieruchomy) stoso­wane przy pomiarach drgań działających na organizm człowieka przez kończyny górne - na rysunku 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.

Rysunek 2. Anatomiczny (ruchomy) układ współrzędnych odniesienia przy pomiarach drgań o ogólnym działaniu na organizm człowieka

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. 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.

ŹRÓDŁA DRGAŃ MECHANICZNYCH W ŚRODOWISKU PRACY

Uwzględniając wprowadzony powyżej 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.

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

SKUTKI DZIAŁANIA DRGAŃ MECHAINYCH NA ORGANIZM CZŁOWIEKA

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).

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 rok, 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,

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 2-5-18 Hz; patrz: rys.). 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.

Skutki funkcjonalne

Opisanym wyżej skutkom biologicznym oddziaływania drgań miejscowych i ogólnych na orga­nizm człowieka towarzyszą zazwyczaj tzw. skutki funkcjonalne. 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 5.

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 tysięcy.

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.

DRGANIA MIEJSCOWE

Terminy i definicje

W normie ISO 5349 stosuje się terminy i definicje podane w normach ISO 2041 i ISO 5805 oraz podane poniżej.

maszyna z podawaniem ręcznym

maszyna, przy której operator podaje do roboczej części tej maszyny elementy do obróbki, tak że ekspozycja na drgania pochodzi od obrabianego elementu trzymanego w ręku

PRZYKŁAD Pilarka taśmowa, szlifierka stojakowa

maszyna prowadzona rękami

maszyna, która jest prowadzona przez operatora rękami, tak że ekspozycja na drgania pochodzi od rękojeści, kierownicy lub uchwytu

PRZYKŁAD Jeżdżąca kosiarka do trawy, wózek paletowy z napędem, szlifierka wahadłowa

obrabiany element trzymany w ręku

element, który podczas obróbki jest trzymany w ręku, tak że ekspozycja na drgania pochodzi raczej od obrabia­nego elementu trzymanego ręką niż od rękojeści narzędzia z napędem

PRZYKŁAD Odlew trzymany przed szlifierką stojakową, drewno podawane do pilarki taśmowej

narzędzie z napędem trzymane w ręku

narzędzie z napędem, które jest trzymane w ręku

PRZYKŁAD Wiertarka elektryczna, przecinak pneumatyczny, pilarka łańcuchowa.

narzędzie robocze

zamienialna lub wymienialna nasadka, w którą wyposażone jest narzędzie z napędem lub maszyna

PRZYKŁAD Koronka wiertnicza, dłuto, łańcuch pilarki łańcuchowej, brzeszczot pilarki, tarcza ścierna.

czynność

zidentyfikowane zadanie, podczas którego wykonuje się pomiar reprezentatywnej intensywności drgań; może to odbywać się z zastosowaniem pojedynczego narzędzia z napędem lub określonego rodzaju obrabianego ele­mentu trzymanego w ręku lub podczas pojedynczej fazy zadania

operator

osoba obsługująca maszynę z podawaniem ręcznym, prowadzoną rękami lub trzymaną w ręku lub też narzę­dzia z napędem

praca narzędziem

każde działanie, podczas którego narzędzie z napędem pracuje, a operator jest eksponowany na drgania prze­noszone przez kończyny górne

element obrabiany

detal podlegający obróbce z użyciem narzędzia z napędem

Symbole

W normie ISO 5349 stosuje się następujące symbole:

a_hwi skuteczna ważona częstotliwościowo wartość przyspieszenia drgań (r.m.s.) przenoszonych przez kończyny górne w pojedynczej osi podczas operacji i, w m/s². Dodatkowy wskaźnik x, y lub z jest stoso­wany do wskazania kierunku pomiaru, tj. a_hwix, a_hwiy i a_hwiz

a_hvi całkowita wartość drgań (poprzednio nazywana sumą wektorową lub sumą ważonego częstotliwościowo przyspieszenia) dla operacji i (pierwiastek z sumy kwadratów wartości a_hwi w trzech osiach drgań), w m/s²

A(8) dzienna ekspozycja na drgania, w m/s²

A_i(8) udział czynności i dziennej ekspozycji na drgania, w m/s² (dla wygody wielkość ta podawana jest jako "cząstkowa ekspozycja na drgania")

T_o czas odniesienia równy 8 h (28800 s)

A_i całkowity czas (w ciągu dnia) ekspozycji na drgania podczas czynności i.

Wyznaczane wielkości

Istnieją dwie podstawowe wielkości, które należy wyznaczać dla każdej czynności i podczas ekspozycji na drgania:

• całkowita wartość drgań a_hvi, wyrażona w metrach na sekundę do kwadratu (m/s²); wartość ta jest obliczana na podstawie skutecznych ważonych częstotliwościowo wartości przyspieszenia drgań przenoszonych przez
  kończyny górne, zmierzonych w trzech pojedynczych osiach a_hwix, a_hwiy i a_hwiz;

• czas (w ciągu dnia) T_i ekspozycji na drgania podczas czynności i.

Podstawową wielkością, która powinna być podawana, jest dzienna ekspozycja na drgania .4(8). Wielkość tę oblicza się na podstawie wartości a_hvi oraz T_i wyznaczonych dla wszystkich czynności i .

Przygotowanie procedury pomiarowej

Postanowienia ogólne

Praca operatora na stanowisku pracy składa się z serii czynności, z których niektóre mogą być powtarzane. Ekspozycja na drgania może się znacznie różnić podczas różnych czynności, zarówno ze względu na stosowa­nie różnych narzędzi z napędem czy maszyn, jak też różne sposoby wykonywania czynności podczas stoso­wania jednego narzędzia czy maszyny.

Aby wyznaczyć dzienną ekspozycję na drgania, na wstępie konieczne jest zidentyfikowanie czynności, które prawdopodobnie mają znaczący udział w całkowitej ekspozycji na drgania. Następnie, dla każdej z tych czyn­ności konieczne jest wybranie procedur pomiaru ekspozycji na drgania. Dobór odpowiedniej metody zależy od właściwości środowiska pracy, modelu pracy i źródła drgań.

Wybór czynności do pomiarów

Istotne jest, aby pomiary wykonywać w odniesieniu do wszystkich narzędzi z napędem czy obrabianych ele­mentów, które mogą mieć znaczący udział w dziennej ekspozycji na drgania. Aby otrzymać prawidłowy obraz średniej dziennej ekspozycji na drgania, konieczna jest identyfikacja wszystkich

1. źródeł wibracyjnej ekspozycji (tj. maszyn i narzędzi będących w użytkowaniu);

2. trybów pracy narzędzia z napędem, np.

• pilarki łańcuchowe mogą być na biegu jałowym, pracować pod obciążeniem podczas cięcia pnia drzewa
  lub pracować z małym obciążeniem podczas cięcia gałęzi bocznych,

• wiertarka z napędem może być stosowana w udarowy lub nieudarowy sposób i może mieć pewien do­stępny zakres regulowanych prędkości obrotowych;

c) zmian warunków wykonywania czynności, gdy może to wpływać na ekspozycję na drgania, np.

• wyburzeniowy młot drogowy, stosowany najpierw do twardych nawierzchni betonowych, potem jest wy­korzystywany do prac w bardziej miękkim gruncie,

• szlifierka, stosowana najpierw do zgrubnego usuwania metalu, potem jest wykorzystywana do bardziej
  skomplikowanych operacji oczyszczania i kształtowania;

d) narzędzi roboczych, które mogą mieć wpływ na ekspozycję na drgania, np.

• w szlifierce mogą być stosowane papiery ścierne o różnych stopniach ziarnistości, od szorstkiego do delikatnego,

• kamieniarz może stosować świder pneumatyczny z różnymi wiertłami.

Dodatkowo może być użyteczne pozyskanie

5. informacji od robotników i pracowników nadzoru, w jakich sytuacjach, według nich, wytwarzane są drganiao największych intensywnościach;

6. danych szacunkowych o potencjalnych zagrożeniach drganiami przy każdej czynności, z wykorzystaniem informacji producentów o wartościach emisji drgań, patrz załącznik A, lub wykorzystując publikowane wyni­ki poprzednich pomiarów podobnych narzędzi z napędem.

Organizacja pomiarów

Organizacja pomiarów może być przeprowadzona czterema różnymi sposobami:

a) Długotrwały pomiar podczas ciągłej pracy narzędziem

Czynność trwa długo i jest wykonywana w sposób ciągły, a w czasie jej wykonywania operator utrzymuje kontakt z drgającą powierzchnią. W tym przypadku pomiar drgań może być prowadzony przez długi okres w czasie normalnego stosowania narzędzia z napędem. Podczas operowania narzędziem mogą wystąpić zmiany w intensywności drgań, pod warunkiem jednak, że są one częścią normalnej procedury roboczej.

Poza informacjami o intensywności drgań, wyznaczanie dziennej ekspozycji na drgania wymaga określenia czasu ekspozycji na drgania w ciągu dnia.

b) Długotrwały pomiar podczas przerywanej pracy narzędziem

Operacja trwa długo, ale zawiera krótkie przerwy, podczas których nie ma ekspozycji na drgania, jednak w trakcie operacji i przerw operator utrzymuje kontakt z (drgającą) powierzchnią. W tym przypadku pomiar drgań może być prowadzony przez długi okres w czasie normalnego stosowania narzędzia z napędem, pod warunkiem że każda przerwa w operacji jest częścią normalnej procedury roboczej i że operator nie traci kontaktu z narzędziem lub trzymanym w ręku obrabianym elementem, lub też nie zmienia znacząco poło­żenia swoich rąk na narzędziu lub obrabianym elemencie trzymanym w ręku.

Poza informacjami o intensywności drgań, wyznaczanie dziennej ekspozycji na drgania wymaga określenia czasu trwania czynności w ciągu dnia. W tym przypadku do czasu trwania czynności zalicza się krótkie przerwy w ekspozycji na drgania, a zatem czas ten będzie dłuższy niż czas ekspozycji na drgania.

c) Krótkotrwały pomiar podczas przerywanej pracy narzędziem

W wielu sytuacjach narzędzie z napędem lub obrabiany element są wielokrotnie brane do ręki, np. narzę­dzie jest odkładane, ręka przemieszcza się po różnych częściach narzędzia, czy też pobierany jest do obróbki inny element. W innych sytuacjach, podczas stosowania narzędzi z napędem, powinny być doko­nywane zmiany, np. wymienia się tarcze ścierne lub wiertła, lub też stosuje się inne narzędzie. W tych przypadkach można wykonywać jedynie krótkotrwałe pomiary podczas każdej fazy wykonywanej pracy.

W niektórych przypadkach jest trudne lub niemożliwe wykonanie rzetelnych pomiarów podczas normalnego procesu pracy ze względu na zbyt krótkie czasy ekspozycji na potrzeby pomiarów. W takim przypadku pomiary mogą być wykonywane podczas czynności zawodowych symulowanych, w których aranżuje się w sposób sztuczny dłuższe ekspozycje nieprzerywane, utrzymując warunki pracy tak bliskie normalnym, jak to tylko możliwe.

Poza informacjami o intensywności drgań, wyznaczanie dziennej ekspozycji na drgania wymaga określenia czasu ekspozycji związanego z każdą fazą pracy.

d) Pomiary, w czasie ustalonym, serii drgań pracującego narzędzia lub pojedynczych czy wielokrotnych wstrząsów.

Niektóre czynności pociągają za sobą ekspozycję na krótkotrwałe serie drgań; mogą to być pojedyncze lub wielokrotne wstrząsy, takie jak wytwarzane przez młoty nitowniki, pistolety do wbijania gwoździ itp., lub serie ekspozycji, takie jak wytwarzane przez klucze udarowe. W takich przypadkach często trudno jest określić rzeczywiste czasy ekspozycji, mimo że liczba serii drgań w ciągu dnia może być oszacowana. W tej sytuacji pomiary mogą być wykonywane przez ustalony czas, obejmujący jedną lub więcej kompletnych czynności z użyciem narzędzia. Czas pomiaru powinien obejmować tak krótkie, jak to tylko możliwe, odcin­ki czasowe przed, między i po serii drgań.

Poza informacjami o intensywności drgań i oszacowaniem liczby serii ekspozycji na drgania w ciągu dnia, wyznaczanie dziennej ekspozycji na drgania wymaga informacji dotyczącej czasu trwania pomiaru i liczby serii drgań podczas tego okresu pomiarowego.

UWAGA 1 W przypadku wielokrotnego eksponowania pracownika na pojedyncze wstrząsy lub drgania przejściowe (np. narzędzia do łączenia elementów), metoda, którą opisano w normie ISO 5349-1 może nie być adekwatna i może powodować niedoszacowanie stopnia intensywności ekspozycji na wstrząsy. Jednakże, ze względu na brak lepszej metody, norma ISO 5349-1 może być wykorzystywana, przy czym należy ją stosować z ostrożnością i informacje o jej zastosowaniu należy podać w protokole.

UWAGA 2 Jeżeli wyniki pomiarów intensywności drgań należy porównywać (np. aby porównać drgania wytwarzane przez dwa różne narzędzia z napędem lub różne rodzaje narzędzi roboczych), ważne jest, aby wykonywać pomiary podczas ciągłej pracy narzędziem, tj. bez przerw w ekspozycji na drgania.

Czas trwania pomiarów drgań

Pomiar podczas normalnej pracy

Pomiar powinien być uśredniony w czasie, który jest reprezentatywny dla typowego stosowania narzędzia z na­pędem, maszyny lub procesu. Jeśli to możliwe, pomiar powinien rozpocząć się w momencie, gdy ręce pra­cownika po raz pierwszy kontaktują się z drgającą powierzchnią i zakończyć w momencie przerwania kontaktu. W czasie pomiaru mogą występować zmiany w intensywności drgań, a nawet mogą pojawiać się okresy, w któ­rych nie występuje ekspozycja na drgania.

Jeśli jest to możliwe, serie próbek pomiarowych powinny być wykonane w różnych okresach dnia i uśredniane tak, aby zmiany w drganiach w ciągu dnia były uwzględnione.

UWAGA Średnia intensywność drgań dla serii N próbek intensywności drgań jest określona z zależności

Ekspozycje na drgania są często krótkotrwałe i powtarzają się wielokrotnie w ciągu dnia pracy. Mimo że pomia­ry mogą być uśrednione za pełne cykle operacji łącznie z okresami, gdy źródło drgań jest wyłączone), możliwe jest tylko uśrednianie przez krótki czas, gdy ręka jest w kontakcie z drgającą powierzchnią.

Minimalny akceptowalny czas pomiaru zależy od sygnału, wyposażenia pomiarowego i cech charakterystycz­nych czynności. Całkowity czas pomiaru (tj. liczba próbek pomnożona przez czas jej pomiaru) powinien wynosić co najmniej 1 min. Powinno się preferować wiele próbek o krótszym czasie trwania, a nie pojedynczy długi pomiar. Dla każdej czynności powinny być wykonane przynajmniej trzy próbki.

Pomiary w bardzo krótkim czasie (tj. krótszym niż 8 s) nie będą prawdopodobnie miarodajne, zwłaszcza pod­czas wyznaczania składowych niskoczęstotliwościowych i, jeśli to możliwe, powinno się ich unikać. Jeżeli bardzo krótki czas pomiaru jest nieunikniony (np. pewne rodzaje szlifowania na szlifierce stojakowej, podczas którego czas kontaktu może być bardzo krótki), doradza się wykonać dużo więcej niż trzy próbki, w celu zapew­nienia całkowitego czasu próby dłuższego niż 1 min.

Symulowane procedury pracy

W sytuacjach gdy wykonanie pomiarów podczas normalnej pracy narzędziem jest niemożliwe lub utrudnione, w celu uproszczenia procesu pomiarowego można stosować symulowane procedury pracy.

Symulowane procedury pracy stosuje się głównie po to, aby uzyskać możliwość pomiaru w dłuższym okresie, niż może być dopuszczony podczas normalnej pracy produkcyjnej. Na przykład szlifowanie na szlifierce stoja­kowej jednego małego odlewu może trwać kilka sekund; wówczas, zamiast pomiaru operacji szlifowania w krót­kim czasie wiele odlewów, można symulować szlifowanie małej liczby odlewów odpadowych, stosując każdy odpad wielokrotnie.

Podnoszenie, odkładanie czy przemieszczanie narzędzia z napędem lub trzymanego w ręku elementu obrabia­nego, może zakłócać pomiar. Tych zakłóceń można także uniknąć, wykonując pomiar podczas symulowanych procedur pracy, które można tak zaprojektować, aby pozbyć się przerw między czynnościami.

Szacowanie czasu działania drgań w ciągu dnia

Powinno się określać dzienny czas ekspozycji na drgania każdego źródła. Często typowe czasy dziennej ekspozycji na drgania będą oparte na

• pomiarze rzeczywistego czasu ekspozycji w ciągu okresu normalnego użytkowania narzędzia (np. jak określono w ciągu pełnego cyklu pracy lub podczas typowego okresu wynoszącego 30 min) i

• informacjach o tempie pracy (np. o liczbie cyklów pracy w ciągu zmiany roboczej czy długości zmiany roboczej).

W pierwszej z wymienionych opcji pomiar będzie miał na celu określenie, jak długo operator jest eksponowany na drgania i z jakich źródeł pochodzi ekspozycja w czasie wskazanego okresu. Mogą tu być stosowane różne techniki, na przykład:

• zastosowanie stopera;

• zastosowanie specjalnego rejestratora danych, połączonego z używanym narzędziem zmechanizowanym;

• analiza zapisów wideo;

• próbkowanie aktywności.

Najbardziej wiarygodnym źródłem informacji o typowym tempie pracy jest chronometraż pracy. Jednakże ważne jest, aby upewnić się, że informacje są zgodne z informacjami wymaganymi do wyznaczenia dziennej ekspozy­cji na drgania. Na przykład chronometraż pracy może dostarczać bardzo dokładnych informacji na temat całko­witej liczby wykonanych detali na koniec każdego dnia, ale gdy zatrudnionych jest więcej operatorów lub gdy na koniec zmiany roboczej są detale nieukończone, informacje te mogą nie mieć bezpośredniego zastosowania w wyznaczaniu ekspozycji na drgania.

Niezależnie od tego, jaką metodę zastosuje się do pomiarów drgań, zawsze należy określić całkowity czas ekspozycji na drgania w ciągu dnia. Jeśli drgania były uśredniane w pełnym cyklu pracy, czas dziennej ekspo­zycji jest po prostu czasem cyklu pracy pomnożonym przez liczbę cyklów w ciągu dnia. Jeśli pomiary były wykonywane w czasie, gdy ręka jest w kontakcie z drgającą powierzchnią, podczas wyznaczania należy uwzględ­nić całkowity czas tego kontaktu w ciągu dnia.

Ostrzeżenie! Zazwyczaj, gdy prosi się operatorów o informacje dotyczące typowego, dziennego czasu stoso­wania narzędzi, dane są na ogół przeszacowane, gdyż podają oni czas, w którym stosują narzędzia, łącznie z przerwami w pracy narzędziem (np. przerwy między czynnością wkręcania nakrętek, gdy używany jest wkrę­tak, czy czas przygotowania nowych elementów do obróbki).

UWAGA W normie ISO 5349-1 opisano systemowe podejście do wyznaczania dziennej ekspozycji na drgania jedy­nie w odniesieniu do jednego dnia pracy; nie można zakładać, że metoda podana w normie ISO 5349-1 może być ekstrapolowana w celu dopuszczenia uśredniania ekspozycji w okresach dłuższych niż jeden dzień. Jednakże w nie­których sytuacjach może być potrzebne wyznaczenie ekspozycji opartej na informacjach otrzymanych z okresu dłuższe­go niż jeden dzień. Na przykład, w przypadku niektórych typów pracy sumaryczny czas stosowania wibracyjnych narzę­dzi z napędem zmienia się znacznie w poszczególnych dniach tygodnia (np. w takich gałęziach przemysłu, jak budow­lany, stoczniowy, i prace remontowe); jest wówczas trudne lub wręcz niemożliwe korzystanie z obserwacji czy zapisów pracy, w celu uzyskania obrazu typowych czasów dziennej ekspozycji. W załączniku B normy podano przykłady metod, które są stosowane do ewaluacji ekspozycji na drgania w okresach dłuższych niż jeden dzień.

Pomiar intensywności drgań

Wyposażenie pomiarowe

Informacje ogólne

W celu wykrycia ruchu drgającej powierzchni w układach do pomiaru drgań są zazwyczaj stosowane przetwor­niki przyspieszenia. Aby w wyniku pomiaru otrzymać przyspieszenie ważone częstotliwościowo, sygnał wibra­cyjny z przetwornika może być przetwarzany na wiele różnych sposobów.

Pomiary drgań można wykonywać stosując proste przenośne mierniki drgań, które mają wbudowane układy ważenia częstotliwościowego i układy całkujące. Układy te są przeznaczone głównie do wyznaczania ekspozy­cji na drgania na stanowisku pracy; są one zazwyczaj wystarczające w większości sytuacji uwzględnionych w niniejszej części normy ISO 5349. Jednak proste oprzyrządowanie może nie być w stanie wykazać błędów związanych z pomiarem drgań.

W bardziej skomplikowanych systemach pomiarowych wykorzystywane są często pewne rodzaje analizy częstotliwościowej (np. 1/3-oktawowa lub wąskopasmowa); mogą być w nich stosowane zapisy cyfrowe lub analogowe w celu gromadzenia informacji czasowych, może też być wykorzystana komputerowa akwizycja danych i techniki analizy. Systemy te są bardziej kosztowne i złożone w obsłudze, niż proste układy prze­nośne.

Jeśli występują jakiekolwiek wątpliwości dotyczące jakości sygnału przyspieszenia, korzystniejsze są informacje z analizy częstotliwościowej. Analiza częstotliwościowa będzie też dostarczać informacji o częstotliwościach dominujących i harmonicznych, co może pomóc w ustaleniu sku­tecznych środków zwalczania drgań.

W warunkach krytycznych stosowania normy ISO 5349-1 (np. powtarzające się pojedyncze wstrząsy, dominu­jące składowe częstotliwościowe powyżej 1250 Hz), może być użyteczna każda dodatkowa informacja pozy­skana np. z bardziej skomplikowanych systemów pomiarowych.

Minimalne wymagania eksploatacyjne (np. charakterystyki ważenia częstotliwościowego, tolerancje, zakres dynamiki, czułość, liniowość i zdolność do przesterowań) dotyczące właściwego wyposażenia pomiarowego i analizującego podano w normie ISO 8041.

Przetworniki przyspieszeń

Informacje ogólne

Zazwyczaj wybór przetwornika będzie uwarunkowany oczekiwaną intensywnością drgań, wymaganym zakre­sem częstotliwości, cechami fizycznymi mierzonego źródła i środowiskiem, w którym ma być on stosowany.

Intensywność drgań

Urządzenia trzymane w ręku mogą wytwarzać drgania o dużych intensywnościach. Młoty pneumatyczne, na przykład, mogą generować maksymalne przyspieszenia rzędu od 20000 m/s² do 50000 m/s². Jednak znaczna część tej energii mieści się poza zakresem częstotliwości, którego dotyczy część normy ISO 5349. Przetwornik wybrany do pomiaru powinien zatem działać przy takich bardzo dużych intensywnościach drgań, a ponadto wciąż jeszcze reagować na znacznie mniejsze intensywności w zakresie częstotliwości od 6,3 Hz do 1250 Hz (częstotliwości środkowe pasm 1/3-oktawowych). W celu stosowania filtrów mechanicznych do wytłu­mienia drgań o bardzo wysokich częstotliwościach, patrz załącznik C normy.

Zakres częstotliwości

Na wybór przetwornika przyspieszenia będzie także wpływać podstawowa częstotliwość rezonansowa prze­twornika, będąca cechą charakterystyczną przetwornika (czasami nazywa się ją "częstotliwością rezonansową zamocowania", "częstotliwością własną" lub "częstotliwością rezonansową"). Informacje o podstawowej częstotliwości rezonansowej powinny być udostępnione przez producenta przetwornika. W normie ISO 5348 zaleca się, aby podstawowa częstotliwość rezonansowa była więcej niż pięć razy wyższa od najwyższej częstotliwości z zakresu mierzonego (w przypadku drgań przenoszonych przez kończyny górne wynosi to 6250 Hz). W przy­padku przetworników piezoelektrycznych, w celu zminimalizowania występowania zakłóceń pochodzących od składowych stałoprądowych, podstawowa częstotliwość rezonansowa powinna być zazwyczaj dużo wyższa, najlepiej wyższa niż 30 kHz.

UWAGA Podstawowa częstotliwość rezonansowa przetwornika nie powinna być mylona z częstotliwością rezonan­sową przetwornika zamocowanego na obrabianym elemencie trzymanym w ręku lub na narzędziu z napędem, charak­teryzującą cały układ przetwornika wraz z jego zamocowaniem. W praktyce, rezonans przetwornika zamocowanego na obrabianym elemencie trzymanym w ręku lub na narzędziu z napędem będzie występował przy znacznie niższej czę­stotliwości niż podstawowa częstotliwość rezonansowa.

Wpływ masy

Jeżeli przetworniki przyspieszenia są przymocowane do drgającej powierzchni, charakterystyki wibracyjne tej powierzchni ulegają zmianie. Im Iżejszy(-e) jest (są) przetwornik(-i), tym mniejsze są wprowadzane błędy.

Warunki środowiskowe

Przy wyborze przetworników przyspieszeń, zwłaszcza do stosowania w surowych klimatach, konieczne będzie rozważenie wrażliwości przetworników na temperaturę, wilgotność czy inne czynniki środowiskowe (patrz nor­ma ISO 8041).

Lokalizacja przetworników przyspieszenia

Pomiary drgań zgodnie z wymaganiami normy ISO 5349-1 powinny być wykonywane na lub blisko powierzchni kontaktu ręki (lub rąk), z której drgania wnikają do ciała, lub w jej pobliżu. Wskazane jest, aby przetwornik przyspieszenia był zlokalizowany w środku strefy zacisku (np. w połowie drogi wzdłuż szerokości ręki zaciśnię­tej na rękojeści narzędzia z napędem); jest to taka lokalizacja, przy której otrzymuje się najbardziej reprezenta­tywne wyznaczanie drgań wnikających do kończyn górnych. Zazwyczaj jednak nie ma możliwości zlokalizowa­nia przetwornika w tym punkcie; przetworniki przeszkadzałyby w zaciskaniu narzędzia stosowanym normalnie przez operatora.

Pomiary bezpośrednio pod dłonią są zazwyczaj możliwe tylko z zastosowaniem specjalnych montowanych adapterów (patrz załącznik D normy). Adaptery takie powinny być dopasowane do dłoni lub do przestrzeni między palcami. Najczęściej podczas pomiarów praktycznych przetworniki przyspieszenia są mocowane zarówno z boku ręki, jak też pod spodem rękojeści narzędzia przylegającej do środka ręki. W przypadku zastosowania adapte­rów, które umieszcza się miedzy palcami, w celu zminimalizowania wzmocnienia lub składowych rotacyjnych drgań, przetworniki powinny być mocowane tak blisko powierzchni rękojeści narzędzia, jak to tylko możliwe.

Podczas pomiarów drgań w poprzek rozpiętości dłoni, możliwe jest otrzymanie różnych wyników, zwłaszcza w przypadku narzędzi z napędem, trzymanych w ręku, z rękojeściami bocznymi, takich jak szlifierki kątowe, a zwłaszcza gdy rękojeści te są zamocowane elastycznie. W takich przypadkach zaleca się stosowanie dwóch położeń przetworników przyspieszeń, zlokalizowanych z boku ręki; do wyznaczania ekspozycji na drgania jest wówczas stosowana średnia z tych dwóch pomiarów drgań.

Dla wielu narzędzi z napędem, trzymanych w rękach, w normie ISO 8662 i w innych normach międzynarodo­wych, w celu pomiaru emisji drgań, zostały zdefiniowane specyficzne miejsca i kierunki pomiarowe; te miejsca pomiarowe są przedstawione pokrótce w załączniku A jako przykłady lokalizacji punktów pomiarowych. Lokali­zacja punktów pomiarowych, określona w normie ISO 8662, została zaprojektowana dla określonych rodzajów pomiarów (zazwyczaj tylko w jednym kierunku) i niekoniecznie jest odpowiednia do oceny ekspozycji na drga­nia. Niemniej jednak w niektórych okolicznościach może być właściwe zagwarantowanie, że pomiary drgań na stanowisku pracy są wykonywane z wykorzystaniem miejsc pomiarowych i kierunków zgodnie z tymi stosowa­nymi podczas pomiarów emisji.

Mocowanie przetworników przyspieszenia

Informacje ogólne

Przetworniki drgań powinny być zamocowane sztywno do powierzchni drgającej. W załączniku D normy podano szczegóły dotyczące niektórych metod mocowania. Powinno się wybierać metodę, która zapewnia odpowiednie połącze­nie z drgającą powierzchnią, nie przeszkadza w pracy narzędziem z napędem i nie wpływa na charakter drgań powierzchni drgającej. Wybór metody mocowania będzie zależeć od określonej sytuacji pomiarowej; każda metoda ma swoje własne zalety i wady.

Układ mocujący powinien mieć płaską odpowiedź częstotliwościową w całym zakresie mierzonych częstotli­wości, tj. nie powinien on wprowadzać tłumienia lub wzmocnienia oraz w tym zakresie nie powinny występować rezonanse układu mocującego. Układ mocujący powinien być solidnie przytwierdzony do drgającej powierzchni, a całe oprzyrządowanie powinno być skrupulatnie sprawdzane przed pomiarem i po pomiarze.

Zamocowanie przetworników na narzędziu z napędem lub na trzymanym w ręku obrabianym elemencie jest z konieczności zakłóceniem, które będzie miało pewien wpływ na to, jak operator pracuje. Przetworniki powinny być tak zamocowane, aby operator mógł pracować na tyle normalnie, na ile to możliwe. Ważne jest, aby przed pomiarem obserwować, jak narzędzie z napędem czy trzymany w ręku obrabiany element, jest chwytany, w celu ustalenia najlepszej lokalizacji i orientacji przetworników przyspieszenia. Informacje o położeniu (lub położe­niach) i orientacji przetworników powinny być podawane w raporcie.

Jest bardzo istotne, aby unikać kolizji z pracą elementów sterujących narzędziami z napędem lub z bezpie­czeństwem podczas pracy narzędziem lub maszyną. W przypadku narzędzi z napędem często zdarza się, że najlepsze miejsce pomiarowe znajduje się tam, gdzie umiejscowiony jest przełącznik włączania i wyłączania. Powinno się podejmować starania, aby zagwarantować, że obsługiwanie elementów sterujących narzędziem z napędem nie jest (i nie będzie) utrudnione przez przetworniki, elementy mocujące czy kable.

Mocowanie do powierzchni z powłokami elastycznymi

Jeżeli rękojeść narzędzia z napędem ma miękkie zewnętrzne pokrycie, właściwości przenoszenia drgań tego pokrycia będą zależeć od siły z jaką jest przyłączony układ mocujący. W takich sytuacjach powinno się podej­mować starania, aby zagwarantować, że pomiaru drgań nie zakłóca materiał elastyczny. Jeżeli nie było zamie­rzone, aby pokrycie dostarczało redukcji ekspozycji na drgania, należy

• usunąć materiał elastyczny z obszaru pod przetwornikiem albo

• przytwierdzić przetwornik używając siły, która w pełni ściśnie materiał elastyczny.

Takie podejście będzie odpowiednie w większości przypadków. Jednak nie uwzględnia się w nim właściwości przenoszenia drgań powłoki elastycznej.

Zazwyczaj materiały elastyczne na rękojeściach narzędzi z napędem nie są przeznaczone do redukcji drgań, ale do zabezpieczania dobrej powierzchni uchwytu. Takie pokrycia elastyczne nie będą zazwyczaj wpływać na ważoną częstotliwościowo wartość drgań.

W przypadku gdy pokrycie elastyczne może powodować pewne ograniczenie ekspozycji na drgania, na przy­kład jeśli jest to gruba warstwa materiału elastycznego, wówczas przymocowuje się przetwornik do adaptera, który utrzymywany jest na drgającej powierzchni dzięki normalnemu zaciskowi ręki operatora (adapter może być utrzymywany na właściwym miejscu z zastosowaniem plastra delikatnie obwiniętego wokół rękojeści narzędzia z napędem i adaptera). Ten rodzaj pomiaru jest trudny, ale może dostarczyć lepszych wskazań rzeczywistej ekspozycji na drgania.

UWAGA W przypadku źle dobranych materiałów elastycznych, możliwe jest wzmacnianie drgań przy określonych częstotliwościach.

Mocowanie do rękojeści lub obszarów zacisku wykonanych z lekkich giętkich materiałów

W przypadku narzędzi z napędem z rękojeściami czy obszarami zacisku wykonanymi z lekkich giętkich mate­riałów, np. boczna rękojeść plastikowa w niektórych piaszczarkach i szlifierkach, może być stosowana taśma przylepna do mocowania przetworników przyspieszeń o małej masie do powierzchni materiału.

Masa przetwornika przyspieszenia

Mocowanie przetworników przyspieszenia do drgającej powierzchni będzie wpływać na sposób drgania tej po­wierzchni. Im większa jest masa dołączona do powierzchni, tym większy jest jej wpływ. Jeśli całkowita masa przetwornika przyspieszenia, czy przetworników, i układu mocującego jest mała w porównaniu z masą narzę­dzia z napędem, rękojeści narzędzia z napędem czy obrabianego elementu trzymanego w ręku, do której są przymocowane przetworniki (mniejsza niż 5 %), wówczas wpływ może być pomijany.

UWAGA W praktyce są dostępne układy do pomiaru w trzech osiach, lżejsze niż 30 g.

Jeśli są jakiekolwiek wątpliwości dotyczące wpływu masy przetworników, powinno się przeprowadzić następu­jący test:

1. Zamocować przetwornik(-i) przyspieszenia do rękojeści narzędzia z napędem lub trzymanego w ręku obra­bianego elementu i wykonać pomiar intensywności drgań.

2. Powtórzyć pomiar z dodatkową masą, podobnądo masy przetwornika, odrębnie zamocowaną do narzędzia z napędem lub trzymanego w ręku obrabianego elementu, umiejscowioną obok przetworników.

3. Jeśli intensywność drgań z tych dwóch pomiarów różni się zauważalnie, powinno się zastosować lżejszy
   przetwornik przyspieszenia lub układ mocujący.

Pomiary w trzech kierunkach

Preferuje się pomiary drgań w trzech kierunkach, z zastosowaniem podstawowego układu współrzędnych, zde­finiowanego w normie ISO 5349-1. Są jednak pewne sytuacje, w których pomiar w trzech kierunkach może nie być możliwy lub nie jest konieczny. W takich sytuacjach w normie ISO 5349-1 podano wymaganie, zgodnie z którym w celu oszacowania całkowitej wartości drgań stosowany jest odpowiedni mnożnik - do wyniku pomia­ru w jednym kierunku lub w dwóch kierunkach.

Stosowany mnożnik powinien mieć wartość między 1,0 - dla narzędzi z dominującą jedną osią, a 1,7 - gdy pomiar w jednej osi reprezentuje drgania we wszystkich trzech osiach. (Oś drgań jest osią dominującą, gdy w każdej z obu pozostałych osi wartości drgań są mniejsze niż 30 % wartości drgań w osi dominującej). W przy­padku gdy mają być wykorzystane pomiary w pojedynczej osi, pojedyncza oś powinna być osią dominującą.

PRZYKŁAD 1 Wówczas gdy orientacja obrabianego elementu trzymanego w ręku operatora ciągle się zmienia (np. podczas szlifowania małych elementów na szlifierce stojakowej), w celu otrzymania reprezentatywnego oszacowania ekspozycji na drgania może być wystarczający pomiar w jednej osi. Całkowita wartość drgań jest określona nastę­pująco

W tym przykładzie oszacowania, całkowita wartość drgań powinna być obliczona na podstawie jednego zmierzonego przyspieszenia, a_hwzmierzone, w odniesieniu do którego zakłada się, że będzie reprezentatywne dla drgań w trzech osiach podstawowego układu współrzędnych

Zatem, aby otrzymać wyznaczoną całkowitą wartość drgań powinien być zastosowany mnożnik równy 1,73 (zaokrąglo­ny do 1,7). Wyznaczona całkowita wartość drgań będzie więc 1,7 razy większa od wartości drgań zmierzonej w pojedyn­czej osi.

PRZYKŁAD 2 Wstępne pomiary na młocie drogowym wykazują, że dominujące drgania występują w osi pionowej i że drgania w innych osiach są zawsze mniejsze niż 30 % przyspieszenia zmierzonego w osi dominującej, a_{hwsominujące}. W tym przypadku wyznaczana całkowita wartość drgań jest określona następująco

Właściwy jest zatem mnożnik wynoszący 1,086 (zaokrąglony do 1,1). Oszacowana całkowita wartość drgań będzie więc 1,1 razy większa od wartości drgań zmierzonej w osi dominującej.

Pomiar jednoczesny i sekwencyjny

Preferuje się jednoczesny pomiar drgań w trzech osiach. Jednakże niektóre przyrządy umożliwiają pomiar tylko w jednej osi, a na bardzo lekkich obiektach może być wręcz celowe, aby mierzyć każdy kierunek pojedynczo (pomiar sekwencyjny) ze względu na potrzebę zagwarantowania, że całkowita masa przetworników przyspie­szenia i układu mocującego jest mała w porównaniu z masą narzędzia z napędem, rękojeści narzędzia z napę­dem lub trzymanego w ręku elementu obrabianego.

Wówczas gdy pomiary są wykonywane sekwencyjnie, ważne jest zapewnienie, że wszelkie warunki pracy pozostają takie same dla trzech pomiarów drgań w osiach x-, y- i z.

Ważenie częstotliwościowe

Szczegółowe informacje na temat parametrów ważenia częstotliwościowego podano w normach ISO 5349-1 i ISO 8041.

Ważenie częstotliwościowe może być realizowane z wykorzystaniem:

• filtrów analogowych;

• cyfrowego filtrowania sygnału czasowego;

• współczynników ważenia dla widm otrzymanych z analizy częstotliwościowej w pasmach 1/3-oktawowych lub wąskopasmowej.

Ważne jest, że metody cyfrowe, takie jak filtrowanie cyfrowe i analiza z wykorzystaniem Szybkiej Transformaty Fouriera (FFT), umożliwiają właściwe przeprowadzenie dokładnej analizy w pełnym zakresie częstotliwości obejmującym pasma 1/3-oktawowe od 6,3 Hz do 1250 Hz. Analizy powinny charakteryzować się dobrą rozdziel­czością w zakresie niskich częstotliwości i wykorzystywać wystarczająco wysoką częstość wykonywania pró­bek do uzyskania dokładnych informacji w zakresie częstotliwości wysokich.

Istotne jest, że analizy FFT wykorzystują odpowiednie okna czasowe. Podczas ciągłego operowania narzędzia­mi obrotowymi lub obrotowo-udarowymi, często odpowiednia jest funkcja okna Hanninga. W przypadku narzędzi udarowych, gdy częstość udarów (liczba uderzeń na sekundę) jest mniejsza niż 10-krotny przyrost częstotli­wości w analizie wąskopasmowej, powinny być rozważone inne funkcje okien. Dla bardzo małej częstości uda­rów, np. gdy częstość udarów jest równa przyrostowi częstotliwości lub jest mniejsza, zaleca się wyzwalanie analizy z zastosowaniem okna wykładniczego.

Wykorzystanie zapisów danych

Często może być przydatne zapisywanie danych sygnału wibracyjnego, gdyż umożliwia to wykonywanie anali­zy tego samego zbioru danych różnymi sposobami.

Rejestrację danych można wykonywać zarówno z zastosowaniem analogowych technik zapisu, jak i cyfro­wych. We wszystkich przypadkach przy zapisywaniu danych powinno się zapewnić wystarczający zakres dynamiki, aby zagwarantować, że sygnał wibracyjny może być właściwie zapisany w całym zakresie częstotli­wości. W analogowych rejestratorach danych zakresy dynamiki są często rzędu od 40 dB do 50 dB, co będzie często skutkować utratą składowych niskoczęstotliwościowych sygnału przyspieszenia w szumach taśmy magnetycznej. Układy cyfrowe oferują lepsze właściwości pod względem zakresu dynamiki, mimo to ciągle potrzebna jest ostrożność w celu zapewnienia najlepszego wykorzystania dostępnego zakresu.

W niektórych systemach rejestracji analogowej i cyfrowej są wykorzystywane techniki kompresji danych, w celu minimalizacji zajętej przez dane przestrzeni; technik tych powinno się unikać, jeżeli nie można wykazać, że systemy takie nie powodują strat w informacjach o sygnale.

Przyrządy pomiarowe, które zawierają elementy do zapisywania danych, powinny spełniać wymagania, które podano w normie ISO 8041.

Zakres pomiarowy

W większości przyrządów pomiarowych użytkownik ma możliwość ustawienia wybranej maksymalnej wartości przyspieszenia, którą przyrząd może zmierzyć. Takie ustawienie definiuje rzeczywisty zakres pomiarowy przyrzą­du. Wybór wejściowego zakresu pomiaru przyrządu powinien nastąpić po wykonaniu pomiarów próbnych. W celu uzyskania najlepszego odstępu sygnału od szumu wybiera się najmniejszy z możliwych zakres pomiarowy, bez przesterowań.

Czasy uśredniania

Intensywność drgań powinna być uśredniana w okresach normalnego użytkowania narzędzia z napędem lub w okresach kontaktu z obrabianym elementem trzymanym w ręku. Powinno się stosować średnią skuteczną (r.m.s.), z wykorzystaniem uśredniania liniowego w czasie jednej lub wielu pełnych czynności lub cyklów pracy.

Uśrednianie wykładnicze powinno się stosować jedynie wówczas, gdy przyrząd pomiarowy nie ma opcji uśred­niania liniowego, a sygnał drgań jest dostatecznie stacjonarny, aby zapewnić właściwe wyznaczanie średniej wartości drgań.

Źródła niepewności pomiaru drgań

Problemy przy połączeniach kablowych

Najczęściej występującym problemem w pomiarach drgań przenoszonych przez kończyny górne jest zagwa­rantowanie, że zachowane jest właściwe połączenie między przetwornikiem przyspieszenia a kablem sygnało­wym. Zazwyczaj powinno się podejmować starania, aby wszystkie połączenia kablowe były zabezpieczone i aby kable nie były w żaden sposób uszkodzone. Zaleca się zwłaszcza zwrócenie szczególnej uwagi na połą­czenie z przetwornikiem, aby zagwarantować, że kabel i złączka nie będą podlegać naprężeniom podczas operowania narzędziem lub obrabianym przedmiotem trzymanym w ręku.

Wadliwe połączenia sygnałowe mogą ujawniać się zanikiem sygnału; w takim przypadku wydaje się, że drgania nie występują. Przerywane zaniki połączenia sygnałowego mogą objawiać się jako przesunięcia składowej prądu stałego, między którymi wydaje się, że sygnał jest normalny.

Wadliwe ekranowanie połączeń kablowych może powodować przebicia elektryczne, wprowadzając wysokie poziomy częstotliwości sieci elektrycznej. W przypadku narzędzi z napędem elektrycznym, dla których domi­nująca częstotliwość drgań jest zazwyczaj równa częstotliwości sieciowej lub jej harmonicznym, wykrycie tego rodzaju zakłócenia może być trudne. W przypadku piezoelektrycznych przetworników przyspieszeń, przy któ­rych stosuje się sygnałowe wzmacniacze dopasowujące z dużą impedancją wejściową, zanik połączenia w uzie­mionym kablu ekranowanym może powodować ekstremalne przebicie częstotliwości sieciowej.

Zakłócenia elektromagnetyczne

Istotne jest zapobieganie wpływom pól elektrycznych, magnetycznych i elektromagnetycznych na pomiar drgań. W przypadku pojemnościowo i indukcyjnie sprzężonych sygnałów zakłócających, wpływ nieuniknionych pól elektromagnetycznych można ograniczyć, stosując następujące środki:

• kable ekranowane;

• kable skręcane;

• uziemianie ekranowanych kabli sygnałowych tylko z jednego końca, zazwyczaj na wyjściu wzmacniacza;

• wprowadzanie, zrównoważonego względem ziemi, połączenia z przetwornika (np. z zastosowaniem wzmac­niacza różnicowego);

• unikanie prowadzania kabli sygnałowych równolegle do kabli zasilających;

- wprowadzanie izolacji elektrycznej między przetwornik przyspieszenia a drgającą powierzchnię.

Wpływ ładunków elektrycznych

Kable do przyrządów nie powinny być narażone na naprężenia wibracyjne o wysokich amplitudach, ponieważ, zwłaszcza w układach o dużej rezystancji wewnętrznej (np. piezoelektryczne przetworniki przyspieszenia), w wy­niku ich deformacji są wytwarzane sygnały elektryczne. Z tego względu kable sygnałowe powinny być zamoco­wane na powierzchni drgającej blisko przetwornika drgań (na przykład z zastosowaniem taśmy przylepnej). W przypadku narzędzi ręcznych z napędem pneumatycznym jest zazwyczaj skuteczne mocowanie kabli w re­gularnych odstępach wzdłuż węży zasilania powietrzem.

Składowe stałoprądowe

Eksponowanie przetworników piezoelektrycznych na bardzo duże przyspieszenia, w zakresie wysokich czę­stotliwości, na przykład na narzędziach udarowych bez układu tłumiącego, może spowodować generowanie składowej prądu stałego, gdzie sygnał drgań jest zniekształcony w taki sposób, że w sygnale drgań pojawia się fałszywa dodatkowa składowa niskoczęstotliwościowa. Zniekształcenie składową stałoprądową występuje w prze­tworniku i jest wynikiem wzbudzenia przebiegów przejściowych, które są zbyt duże dla przetwornika i przesterowują mechanicznie układ piezoelektryczny. Sposobem do uniknięcia składowej stałoprądowej może być filtr mechaniczny, patrz załącznik C normy.

Obecność składowej stałoprądowej jest przede wszystkim zauważalna w rejonie niskich częstotliwości, poniżej częstotliwości udarów; z tego powodu składowa stałoprądową może zwykle być wykryta podczas analizy czę­stotliwościowej sygnału drgań. Zniekształcenie w analizie częstotliwościowej może objawiać się nierealnie wy­sokimi wartościami drgań niskoczęstotliwościowych. Przekształcenie nieważonej wartości skutecznej (r.m.s.) przyspieszenia, a, na przemieszczenie, d, z zastosowaniem d = a/(40/f²), (gdzie f oznacza częstotliwość środ­kową analizowanego pasma częstotliwości), będzie często wskazywać, czy składowa stałoprądową występo­wała. Jeśli przemieszczenie obliczone na podstawie widma przyspieszenia jest wyraźnie większe niż obserwo­wany ruch przetwornika (np. dwa razy większe niż obserwowany ruch), jest prawdopodobne, że składowa stało­prądową wystąpiła.

Występowanie składowej stałoprądowej jest wykrywane podczas badania składowych niskoczęstotliwościo­wych sygnału drganiowego. Jednak zniekształcenie składową stałoprądową może wpływać na całe widmo drgań. Z tego powodu wszystkie pomiary wykazujące oznaki składowej stałoprądowej nie powinny być brane pod uwagę; nie powinno się wyznaczać częstotliwościowo ważonych wartości drgań z widm wykazujących składo­wą stałoprądową przez usuwanie lub modyfikowanie pasm niskoczęstotliwościowych widma.

Sprawdzanie i weryfikacja układu pomiarowego

Sprawdzanie działania

Cały łańcuch pomiarowy powinien być sprawdzany zarówno przed pomiarami, jak i po seriach pomiarów z za­stosowaniem kalibratora (wzorcowego źródła drgań), który wytwarza sygnał sinusoidalny o znanym przyspie­szeniu i znanej częstotliwości.

UWAGA W praktyce czułość przetworników przyspieszenia rzadko zmienia się podczas pomiarów, jednakże mogą one ulegać uszkodzeniu. Zatem związane z tym zmiany w czułości powinny być odnotowywane, a pomiary zaniechane, jeżeli to konieczne.

Weryfikacja układu pomiarowego

Charakterystyki układu pomiarowego powinny być weryfikowane według ustalonych zasad (np. co 2 lata). Zale­ca się, aby te sprawdzenia weryfikacyjne zapewniały, ze przyrządy pomiarowe funkcjonują w granicach toleran­cji zdefiniowanych w normie ISO 8041 (patrz także norma DIN 45671-3).

Oprócz regularnej weryfikacji, układ pomiarowy powinien być sprawdzany, jeżeli nastąpi przeciążenie lub nara­żenie jakiejkolwiek jego części. Wyniki takich weryfikacyjnych sprawdzeń powinny być zapisywane.

Niepewność wyznaczania dziennej ekspozycji na drgania

Niepewność pomiaru przyspieszenia

Na niepewność pomiarów podczas pomiarów drgań przenoszonych na pracowników, będą wpływać czynniki związane z indywidualnymi pomiarami, takie jak:

• dokładność przyrządów pomiarowych;

• kalibracja;

• zakłócenia elektryczne;

• mocowanie przetworników przyspieszenia;

• masa przetworników przyspieszenia;

• lokalizacja przetworników przyspieszenia;

• odstępstwa od typowej pracy narzędziem z napędem oraz zmiany w położeniu ręki i stosowanych siłach, wnoszone w procesie pomiarowym (tj. zamocowaniem przetworników przyspieszenia i towarzyszących kabli);

• zmiany w sposobach pracy operatora, będące reakcją na wykonywanie pomiarów przy jego udziale.

Dodatkowo, na niepewność całkowitego wyznaczania ekspozycji na drgania będą wpływać zmiany, które wy­stępują w trakcie każdego dnia pracy, takie jak:

• zmiany w stanie narzędzia z napędem i narzędzia roboczego (np. wymiana tarczy w szlifierce może znacz­
  nie zmienić drgania przenoszone na operatora);

• zmiany pozycji i stosowanych sił;

• zmiany właściwości materiałów podlegających procesowi obróbki.

UWAGA 1 Niepewność związana z przyrządami pomiarowymi i kalibracją, zakłóceniami elektrycznymi oraz zamoco­waniem i masą przetworników przyspieszenia będzie zazwyczaj mała w porównaniu z niepewnościami, które wynikają z wyboru miejsca pomiaru i różnorodności czynności w pracy.

UWAGA2 Jeżeli bada się historię ekspozycji poszczególnych pracowników, pożądane jest, jeżeli jest to możliwe, mierzenie drgań maszyn i narzędzi roboczych różnych generacji i o różnym stanie technicznym.

UWAGA 3 Wówczas, gdy celem pomiaru jest wyznaczanie ekspozycji na drgania związanej ze specyficznymi zadania­mi, różnice między operatorami (zróżnicowanie umiejętności, wzrostu itp.) także mogą być źródłem niepewności .

Niepewność pomiaru czasu ekspozycji

Na niepewność oszacowania czasu ekspozycji wpływają niepewności związane z:

• pomiarami czasu trwania ekspozycji;

• oszacowaniem liczby cyklów pracy w ciągu dnia;

• oszacowaniem czasu ekspozycji podawanego przez operatora (patrz załącznik B), co może wynikać z nie­właściwej interpretacji pytań (nierozróżnianie czasu stosowania narzędzia z napędem od czasu rzeczywi­stej ekspozycji na drgania), jak również ze złego oszacowania czasów trwania występujących ekspozycji na drgania.

Wyznaczanie niepewności

Źródła niepewności zależą od mierzonych czynności. Badający powinien określić główne źródła niepewności (np. niewyważenie tarczy w przypadku szlifierek), a ponadto zaleca się wykonanie wielokrotnych pomiarów, aby określić rozmiar niepewności i obliczyć odchylenie standardowe dotyczące dominujących źródeł niepewności (np. może być przydatny pomiar maszyny szlifującej z tarczami o różnym stopniu niewyważenia).

Jeżeli celem pomiaru nie jest wyznaczanie ekspozycji na drgania określonego pracownika, ale ocenienie ekspo­zycji podczas wykonywania określonego zadania, wyznaczanie ekspozycji na drgania powinno być oparte na pomiarach z udziałem przynajmniej trzech różnych pracowników, jeżeli jest to możliwe. Podawany wynik powi­nien być średnią arytmetyczną z tych pomiarów, powinno się też zapisywać odchylenie standardowe.

Obliczanie dziennej ekspozycji na drgania

W wielu przypadkach dzienna ekspozycja pracowników na drgania wynika z wielu czynności. Dla każdej czynności i, mierzy się całkowitą wartość drgań, a_hvi, i czas ekspozycji na drgania od tego źródła, T_i. Dzienna ekspozycja na drgania ,A(8), w m/s², powinna być obliczana z wzoru

gdzie:

T_Q czas odniesienia równy 8 h (28800 s)

n liczba czynności.

Aby ułatwić porównania między różnymi czynnościami i wyznaczać indywidualny udział poszczególnych czyn­ności w dziennej ekspozycji na drgania ,4(8), może być przydatne obliczenie cząstkowych ekspozycji na drga­nia dla poszczególnych czynności, A_i (8), z zastosowaniem wzoru

Dzienna ekspozycja na drgania jest zatem dana
wzorem

A(8) powinna być wyznaczana dla obu kończyn górnych operatora oddzielnie.

Niepewności związane z wyznaczaniem ,4(8) są często wysokie (np. od 20 % do 40 %). Wartości ,4(8) nie powinny być więc podawane z dokładnością większą niż dwie znaczące cyfry.

Praktyczne zastosowanie obliczania dziennej ekspozycji na drgania podano w załączniku E normy.

Informacje przedstawiane w raporcie

Raport z wyznaczania powinien odnosić się do ISO 5349 i powinno się w nim podawać, zależnie od sytuacji badanej, następujące informacje:

a) Informacje podstawowe:

• zakład pracy/klient;

• cel pomiarów (np. wyznaczanie ekspozycji na drgania poszczególnych pracowników, grup pracowniczych, ocena stosowanych środków zwalczania drgań, badania epidemiologiczne);

• data wyznaczania;

• podmiot lub podmioty wyznaczania ekspozycji indywidualnej;

• osoba przeprowadzająca pomiary i wyznaczanie.

b) Warunki środowiskowe na stanowisku pracy:

• miejsce pomiarów (np. pomieszczenie zamknięte, na zewnątrz pomieszczenia, obszar fabryki);

• temperatura;

• wilgotność;

• hałas.

3. Informacje wykorzystywane podczas wyboru mierzonych czynności .

4. Modele codziennej pracy dla każdej wyznaczanej czynności:

• opis czynności, podczas których wykonuje się pomiar;

• stosowane maszyny i narzędzia robocze;

• stosowane materiały lub obrabiane elementy;

• rodzaje ekspozycji (np. godziny pracy, okresy przerw);

• informacje wykorzystywane do określenia czasów dziennej ekspozycji (np. tempo pracy lub liczba cyklów pracy, lub ich części składowych w ciągu dnia, czasy trwania ekspozycji w trakcie cyklu lub obrabiania
  elementu trzymanego w ręku).

e) Szczegółowe informacje dotyczące źródeł drgań:

• opis techniczny narzędzia z napędem lub maszyny;

• typ lub numer modelu;

• wiek i stan, w jakim utrzymywane są narzędzia z napędem lub maszyny;

• masa narzędzia z napędem trzymanego w ręku lub obrabianego elementu trzymanego w ręku;

• środki redukcji drgań maszyny lub narzędzia z napędem, jeśli takie są stosowane;

• typ stosowanego uchwytu;

• automatyczne systemy sterowania maszyną (np. sterowanie momentem obrotowym podczas pracy wkrę­takiem do nakrętek);

• moc maszyny;

• częstotliwość obrotowa lub szybkość udarów;

• modele i typy narzędzi roboczych;

• wszystkie dodatkowe informacje (np. niewyważenie narzędzi roboczych).

f) Przyrządy pomiarowe:

• opis przyrządów pomiarowych;

• dokładność kalibracji;

• data ostatniego badania weryfikacyjnego;

• wyniki sprawdzenia funkcjonowania;

• wyniki badań wszelkich zakłóceń.

g) Warunki pomiarów przetwornikiem przyspieszenia:

• miejsca lokalizacji przetworników i orientacje osi (łącznie ze szkicem i wymiarami);

• metody mocowania przetworników;

• masa przetworników i elementów mocujących;

• warunki pracy;

• położenie ramienia i pozycje ręki (łącznie z informacją, czy operator jest praworęczny czy leworęczny);

• wszelkie dodatkowe informacje (np. informacje o siłach zacisku i nacisku),
  h) Wyniki pomiarów:

• zmierzone w osiach x-, y- i z- częstotliwościowo ważone wartości drgań przenoszonych przez kończyny górne (a_hwix, a_hwiy, a_hwiz). możliwie dla każdej czynności;

• czasy trwania pomiaru;

• nieważone widma drgań, jeśli wykonano analizę częstotliwościową;

• mnożniki stosowane do oszacowania całkowitej wartości drgań, jeśli pomiary wykonano w pojedynczej osi lub w dwóch osiach (łącznie z uzasadnieniem wykorzystania pomiarów w jednej osi lub dwóch osiach
  i uzasadnieniem dotyczącym zastosowanego mnożnika).

i) Wyniki wyznaczania dziennej ekspozycji na drgania:

• całkowita wartość drgań, a_hvi, dla każdej czynności;

• czas trwania ekspozycji na drgania przy każdej czynności, T_i;

• cząstkowe ekspozycje na drgania przy każdej czynności, A_i(8), jeśli są dostępne;

• dzienna ekspozycja na drgania, A(8);

• wyznaczanie niepewności wyników dziennej ekspozycji na drgania.

Dzienna ekspozycja na drgania

Dzienna ekspozycja na drgania zależy od intensywności drgań (całkowitej wartości drgań) i czasu dziennej ekspozycji.

Aby ułatwić porównanie dziennych ekspozycji o różnych czasach trwania, dzienna ekspozycja powinna być wyrażona w postaci całkowitej, równoważnej energetycznie dla 8 h, wartości ważonej drgań, a_hV(eq8h), jak przed­stawiono w poniżej podanej zależności. Dla wygody, a_hv(eq8h) jest oznaczane przez A(8)

gdzie:

T całkowity czas ekspozycji na drgania a_hv w ciągu dnia;

T_o czas odniesienia równy 8 h (28 800 s).

Jeżeli praca jest tego rodzaju, że na całkowity czas dziennej ekspozycji składa się kilka czynności charaktery­zujących się różną intensywnością drgań, wówczas dzienna ekspozycja na drgania, A(8), powinna być wyzna­czana ze wzoru:

gdzie:

a_hvi całkowita wartość drgań dla /-tej operacji;

n liczba poszczególnych ekspozycji na drgania;

T_i czas trwania /-tej operacji.

Poszczególne udziały w A (8) powinny być podawane oddzielnie.

PRZYKŁAD Jeśli całkowite wartości drgań dla czasów ekspozycji 1 h, 3 h i 0,5 h (w ciągu tego samego dnia pracy) wynoszą, odpowiednio, 2 m/s², 3,5 m/s² i 10 m/s², wówczas:

UWAGA Wynik obliczenia w powyższym przykładzie jest podany w postaci dwóch znaczących cyfr. Nie oznacza to równoznaczności z dokładnością pomiaru, ale wynika z obliczeń. W normalnych sytuacjach pomiarowych zaleca się dołożenie wszelkich starań, aby uzyskać większą niż 10 % dokładność wyznaczenia tej wartości .4(8).

Zaleca się, aby podczas definiowania kryteriów dla akceptowalnych ekspozycji na drgania, ustalano je w posta­ci wartości A (8).

DRGANIA OGÓLNE

Definicje

1) Ważone częstotliwościowo przyspieszenie drgań - wielkość wyrażona w m/s², oznaczona symbolem a_wj, zmierzona z zastosowaniem odpowiedniego filtru ważonego (korekcyjnego), wyrażona jako wartość skuteczna (RMS) dla każdej z trzech osi na powierzchni podpierającej (dla każdej j-tej składowej kierunkowej x, y lub z).

2) Równoważne (za czas ekspozycji) ważone częstotliwościowo przyspieszenie drgań w kierunku j - wielkość wyrażona w m/s², oznaczona symbolem A_j(T_e), określona dla j-tej składowej kierunkowej (x, y lub z) równaniem (1):

(1)

gdzie:

- skuteczne (RMS) ważone częstotliwościowo przyspieszenie drgań dla j-tej składowej kierunkowej (x, y lub z), wyznaczone dla i-tej operacji w narażeniu na drgania, w m/s²

k_j - współczynnik dla j-tej składowej kierunkowej (k_x= k_y =1,4; k_z =1)

T_i - czas trwania i-tej operacji w narażeniu na drgania, w h, min lub s

m - liczba operacji w narażeniu na drgania

- łączny czas narażenia na drgania, w h, min lub s.

3) Dzienna ekspozycja na drgania, A_j(8) w kierunku j - wielkość wyrażona w m/s², określona dla j-tej składowej kierunkowej (x, y lub z) równaniem (2):

(2)

gdzie:

, k_{j ,} T_i, m - jw.

T_o - czas odniesienia (= 8 h =480 min=28800 s).

4) Powyższe terminy i definicje podane są na podstawie norm PN-82/N-01350 i PN-EN 14253:2005(U).

Wyposażenie pomiarowe

1. Pomiary drgań ogólnych przeprowadza się przyrządami pomiarowymi spełniającymi wymagania podane w punkcie 6.1 normy PN-EN ISO 14253:2005(U) i/lub w rozporządzeniu Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 8 marca 2004 r. w sprawie wymagań metrologicznych, którym powinny odpowiadać mierniki drgań mechanicznych oddziałujących na człowieka oraz przetworniki drgań mechanicznych o masie do 300 g (Dz. U. nr 49, poz. 472, 2004).

Ogólne zasady przeprowadzania pomiarów drgań ogólnych

1. Pomiary drgań ogólnych pracy przeprowadza się zgodnie z ustaleniami normy PN-EN ISO 14253:2005(U).

2. Podczas pomiarów na kontrolowanym stanowisku pracy mogą przebywać tylko te osoby, które są zatrudnione w jego obrębie oraz członkowie ekipy terenowej.

3. Pomiary drgań przeprowadza się podczas normalnej pracy w warunkach narażenia na drgania ogólne, a jeśli jest to niemożliwe lub utrudnione to stosuje się symulowane procedury wg pkt. 5.4 normy PN-EN 14253:2005(U).

4. Drgania ogólne mierzy się na siedzisku (w przypadku osób siedzących) lub na podłodze (w przypadku osób stojących) (pkt. 6.1.3 normy PN-EN 14253:2005(U)).

5. W przypadku drgań przekazywanych przez:

1. miękkie lub elastyczne siedzisko - stosuje się przetworniki mocowane w półsztywnym dysku - tzw. przetworniki siedziskowe (pkt. 6.1.3.2 normy PN-EN 14253:2005(U))

2. podłoże - przetworniki mocowane są na sztywno do platformy roboczej (np. za pomocą magnesu, wkrętu itp.) chyba, że jest ona pokryta materiałem elastycznym. W tego typu sytuacjach przetworniki drgań są umieszczane po środku sztywnej płytki (około 300 mm x 400 mm), na której stoi osoba (pkt. 6.1.3.2 normy PN-EN 14253:2005(U)).

6. Przed przystąpieniem do badań ustala się system pracy źródeł drgań i ich obsługi, tj. dokonuje identyfikacji czynności w narażeniu na drgania mechaniczne (wg pkt. 5.1 normy PN-EN 14253:2005(U)) oraz przyjmuje się odpowiednią strategię przeprowadzania pomiarów, tj. zgodnie z pkt. 5.3 normy PN-EN 14253:2005(U), w zależności od systemu pracy źródeł przyjmuje się jedną z możliwości:

1. gdy praca w ciągu dnia składa się z długich nieprzerwanych operacji - pomiary są wykonywane podczas części operacji lub przez całą operację, w trakcie której mogą występować krótkie przerwy (np. przymusowy postój pojazdu)

2. gdy praca w ciągu dnia składa się z operacji, o różnej intensywności w krótkich przedziałach czasu w stosunku do całkowitego czasu pracy - to pomiary są wykonywane oddzielnie przy każdej operacji.

7. Na badanym stanowisku pracy przeprowadza się pomiary wartości skutecznych ważonych przyspieszenia drgań, dla poszczególnych składowych kierunkowych x, y i z. Pomiary te wykonuje się przy włączonej opcji uśredniania liniowego miernika drgań. Czas uśredniania (całkowania) dobiera się tak, by uwzględniał czasowe zmiany narażenia. Pomiar powinien obejmować co najmniej 1 pełen cykl pracy maszyny.

Jeśli cykl pracy jest krótki, to pomiarami można objąć kilka cykli, tak by łączny czas całkowania był nie krótszy niż 15 min. Minimalny czas uśredniania (całkowania) powinien wynosić więcej niż 180 s.

8) Pomiary przyspieszenia drgań dla poszczególnych składowych kierunkowych można przeprowadzać metodą próbkowania, czyli wykonując serię odczytów skutecznych wartości ważonych przyspieszenia mierzonych z tym samym czasem całkowania T_p (T_pႳ3 min), a ich wyniki uśredniać zgodnie z równaniem (3).

(3)

gdzie:
- k-ty odczyt skutecznej wartości ważonej przyspieszenia drgań dla j-tej składowej kierunkowej (x, y lub z), w m/s², n - liczba odczytów (n Ⴓ5).

Uwaga: Jeżeli praca w ciągu dnia składa się z długich nieprzerwanych operacji to serie pomiarów próbkujących wykonuje się w różnych porach dniach.

Wykonanie pomiarów

Podczas przeprowadzania pomiarów drgań ogólnych wykonuje się następujące czynności:

1. Przygotowuje się i zestawia się układ pomiarowy złożony z przetwornika/ przetworników piezoelektrycznych i wibrometru, sprawdza jego stan techniczny i przeprowadza kalibrację (poprzez adjustację) poszczególnych torów (kanałów) pomiarowych z zastosowaniem kalibratora mechanicznego.

Podczas kalibracji uwzględnia się wartość sygnału znamionowego kalibratora z aktualnego świadectwa wzorcowania.

Uwaga: W przypadku stosowania przetwornika siedziskowego przed kalibracją należy zdemontować obudowę. Dopuszcza się również kalibrację wewnętrzną z pominięciem kalibratora polegającą na wprowadzeniu do miernika wartości czułości przetwornika/ przetworników podanych w aktualnym świadectwie sprawdzenia/ legalizacji układu pomiarowego.

2. Dla każdej i-tej czynności w narażeniu na drgania:

1. ustala się lokalizację punktów pomiarowych (wg pkt. 6.1.3 normy PN-EN 14253:2005(U))

2. przyjmuje odpowiedni układ odniesienia (wg pkt. 2.4.9 normy PN-91/N-01352) i mocuje przetwornik/ przetworniki drgań (wg pkt. 6.1.3 normy PN-EN 14253:2005(U))

3. przeprowadza pomiary wartości skutecznych ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań składowych kierunkowych x, y, z (wg pkt. 5.4 i 6.1.7 PN-EN 14253:2005(U)); preferowany jest równoczesny pomiar wszystkich składowych kierunkowych

4. ustala rzeczywisty (efektywny) czas trwania czynności w narażeniu na drgania (wg pkt. 5.5 normy PN-EN 14253:2005(U)).

3) Przeprowadza się ponowną kalibrację układu pomiarowego, tj. sprawdza się poszczególne tory (kanały) pomiarowe z zastosowaniem kalibratora.

Uwaga: Kalibracja układu pomiarowego z przetwornikiem siedziskowym oparta na wykorzystaniu informacji nt. czułości przetwornika nie wymaga sprawdzenia po zakończeniu pomiarów.

Opracowanie wyników pomiarów

1) Dla każdej i-tej operacji w narażeniu na drgania wyznacza się wartości średnie kwadratowe skutecznych ważonych częstotliwościowo przyspieszeń poszczególnych składowych kierunkowych drgań x, y i z wg równania (3) (tylko wtedy, gdy jest stosowana metoda próbkowania).

2) Następnie:

1. Jeśli całkowity czas narażenia na drgania w ciągu doby jest dłuższy niż 30 min, to wyznacza się dzienne ekspozycje na drgania A_j(8) dla poszczególnych składowych kierunkowych (x, y lub z) wg równania (2), a jako wynik oceny przyjmuje się dominującą składową zgodnie z równaniem (4):

(4)

Uwaga: Przy wyznaczaniu dziennej ekspozycji na drgania uwzględnia się sugestie podane w Załączniku A (Informacyjnym) do PN-EN 14253: 2005(U).

2. Jeśli całkowity czas narażenia pracownika na drgania w ciągu doby jest równy lub krótszy niż 30 min, to dla poszczególnych składowych kierunkowych (x, y lub z) oblicza się równoważne ważone częstotliwościowo przyspieszenia drgań A_j(T_e) wg równania (1), a jako wynik oceny przyjmuje się dominującą składową zgodnie z równaniem (5):

(5)

WARTOŚCI DOPUSZCZALNE (OKREŚLENIE KROTNOŚCI PRZEKROCZENIA NDN)

Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Pracy i Polityki Socjalnej z dnia 29 listopada 2002 w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy ( Dz. U. Nr 217, poz. 1833 ) wraz ze zmianą ( Rozp. MGiP z dnia 10.10.2005 - Dz. U. Nr 212., poz. 1769) normatywy higieniczne ustalono oddzielne dla drgań działających miejscowo, przez kończyny górne i drgań działających ogólnie na cały organizm człowieka.

Drgania miejscowe

Parametrem podlegającym ocenie jest ekspozycja dzienna, wyrażona w postaci równoważnej energetycznie dla 8-godzin działania sumy wektorowej skutecznych, ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań wyznaczonych dla trzech składowych kierunkowych ( a_hwx, a_hwy, a_hwz ).

Wrażliwość człowieka na wibracje ogólne w kierunku X i Y jest 1,4 razy większa od kierunku Z i należy to uwzględnić uwzględnić przy ocenie narażenia.

W przypadku wibracji miejscowej wrażliwość w kierunkach X, Y oraz Z jest jednakowa

Drgania ogólne

Parametrem podlegającym ocenie jest ekspozycja dzienna, wyrażona w postaci równoważnej energetycznie dla 8-godzin działania skutecznego, ważonego częstotliwościowo przyspieszeń drgań dominującego wśród przyspieszeń drgań wyznaczonych dla trzech składowych kierunkowych z uwzględnieniem właściwych współczynników ( 1,4a_hwx, 1,4 a_hwy, a_hwz).

W oparciu o w/w. rozporządzenie ocenę stanowiska pracy przeprowadza się metodę ważoną z równoczesnym uwzględnieniem wszystkich trzech kierunków działania drgań X(x), Y(y), Z(z)

• Wartości ważone przyspieszeń drgań uwzględniają reakcję człowieka na drgania w zależności od częstotliwości.

• Zastosowanie filtrów ważonych H-A ( a_m ) dla wibracji miejscowej lub WB_xy i Wb_z ( a_o ) dla wibracji ogólnej obrazuje zróżnicowaną reakcję organizmu na dany rodzaj wibracji.

Normatywy higieniczne dla drgań o oddziaływaniu miejscowym

Dopuszczalna wartość ekspozycji dziennej postaci równoważnej energetycznie dla 8-godzin działania sumy wektorowej skutecznych, ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań wyznaczonych dla trzech składowych kierunkowych ( a_hwx, a_hwy, a_hwz) . nie może przekraczać - 2,8 m/s².

Wartość ekspozycji trwającej 30 minut i krócej w postaci sumy wektorowej nie może przekraczać - 11,2 m/s² .

Normatywy higieniczne dla drgań o oddziaływaniu ogólnym

Dopuszczalna wartość wyrażona w postaci równoważnej energetycznie dla 8-godzin działania skutecznego, ważonego częstotliwościowo przyspieszeń drgań dominującego wśród przyspieszeń drgań wyznaczonych dla trzech składowych kierunkowych z uwzględnieniem właściwych współczynników ( 1,4a_hwx, 1,4 a_hwy, a_hwz) nie może przekraczać - 0,8 m/s².

Przy ekspozycji trwającej 30 minut i krócej wartość ta nie może przekraczać - 3,2 m/s² .

INTERPRETACJA WYNIKÓW

Zgodnie z rozporządzeniem Ministra Zdrowia z dnia 20 kwietnia 2005 (Dz. U nr 73, poz. 645) końcowa ocena narażenia pracownika na kontrolowanym stanowisku pracy, na dany czynnik szkodliwy powinna polegać na porównaniu wyznaczonej dla 8 godzin wartości natężenia

czynnika z wartością dopuszczalną ( NDN ) ustaloną ze względu na ochronę zdrowia.

W ten sposób następuje liczbowe ustalenie jaką część NDN-u stanowi wartość zmierzonego natężenia czynnika szkodliwego.

INTERPRETACJA WYNIKÓW POMIARÓW WIBRACJI MIEJSCOWEJ

Ryzyko zawodowe, będące następstwem narażenia na drgania określone jest przez krotność czynnika, określonego z poniższego wzoru:

K_{r eq8h} ( krotność ) = (a_eq(8h ) x (a_dop,8h)^-1 (a)

gdzie:

a_dop,8h - dopuszczalna równoważna energetycznie dla 8-godzin działania wartość sumy wektorowej skutecznych, ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań wyznaczonych dla trzech składowych kierunkowych ( a_hwx, a_hwy, a_hwz)

W przypadku wibracji miejscowej o całkowitym czasie działania w ciągu dniówki roboczej równym 30 minutom lub krótszym ryzyko zawodowe, będące następstwem narażenia na drgania, określone jest przez krotność czynnika, określonego z poniższego wzoru:

k_rmax ( krotność) = (a_max ) x ( a_w,dop.0,5h)^-1 (b)

gdzie:

a_wdop.9,5h - dopuszczalna równoważna energetycznie wartość sumy wektorowej skutecznych, ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań wyznaczonych dla trzech składowych kierunkowych ( a_hwx, a_hwy, a_hwz) dla ekspozycji trwającej 30 minut i krócej

INTERPRETACJA WYNIKÓW POMIARÓW WIBRACJI OGÓLNEJ

Ryzyko zawodowe, będące następstwem narażenia na drgania określone jest przez krotność czynnika, określonego z poniższego wzoru:

k_{r eq8h} ( krotność ) = (a_eq(8h) ) x (a_dop.8,h)^-1 (c)

gdzie:

a_dop.8h - dopuszczalna wartość wyrażona w postaci równoważnej energetycznie dla 8-godzin działania skutecznego, ważonego częstotliwościowo przyspieszeń drgań dominującego wśród przyspieszeń drgań wyznaczonych dla trzech składowych kierunkowych z uwzględnieniem właściwych współczynników (1,4 a_hwx, 1,4 a_hwy, a_hwz)

W przypadku wibracji ogólnej o całkowitym czasie działania w ciągu dniówki roboczej równym 30 minutom lub krótszym ryzyko zawodowe, będące następstwem narażenia na drgania określone jest przez krotność czynnika, określonego z poniższego wzoru:

K_rmax ( krotność) = (a_max ) x ( a_wdop.0,5h)^-1 (d)

gdzie:

a_wdop,0,5h -dopuszczalna wartość ekspozycji dziennej trwającej 30 minut lub krótszej.

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 oraz PN-N-18002: 2000.

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, określanego na podstawie przedstawionych powyżej wzorów.

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 k_req8h określona ze wzorów (a) lub (c).

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 k_req8h ze wzorów (a) lub (c) , jak też krotność k _rmax ze wzorów (b) lub (d). 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 (ł_e < 30 min), wielkość ryzyka zawodowego wynikającego z narażenia pra­cownika na drgania na danym stanowisku pracy określa się na podstawie krotności k_{r max} wyznaczonej ze wzorów (b) lub (d). 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 (k_r < 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 < k_r< 1)

• ryzyko związane z narażeniem na drgania jest ryzykiem nieakceptowalnym (dużym - D), jeżeli wyznaczona dla stanowiska pracy krotność jest większa od 1 (k_r > 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 w sprawie badań i pomiarów czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy. 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 (k_r < 0,5),

• po upływie roku - przy stwierdzeniu ryzyka średniego - akceptowalnego (0,5 < k_r < 1) lub dużego - nieakceptowalnego,

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

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 (rysunek 6). Należy pamiętać, że częstotliwość rezonansowa przetwornika jest tym większa, im przetwornik ma mniejszą masę.

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.

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, zaś pozostała wykorzystywana aparatura - wymagania normy PN-91/N-01355.

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

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.).

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,

• =» 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.

RĘKAWICE ANTYWIBRACYJNE

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.

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 (rysunek 7).

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 TRm dla sygnału testowego M i skorygowany współczynnik przenoszenia drgań TRh 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:

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

• TRh < 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.

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 THh < 0,6, co oznacza że rękawice antywibracyjne powinny odpowiednio tłumić drgania powyżej 200 Hz. Warunek THm < 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.

Dobór rękawic antywibracyjnych do narzędzi (stanowisk pracy)

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:

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_ljn. 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:

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 TRm i TRh , 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. 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 TR_U i TR_H , 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 a_xri, a_vri, a _{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 a_{x w r}, a_{y w r} oraz a_{z w r}.

3. Wyznaczenie dla poszczególnych składowych kierunkowych x, y , z skutecznych wartości nieważonych przyspieszenia drgań na rękojeści narzędzia: a_{xlin r}, a _{yUn r}, a_{zlin r}.

4. Określenie sumy wektorowej a_{w r s} wartości ważonych przyspieszenia drgań wyznaczonych na rękojeści narzędzia i analogicznej sumy wektorowej a_{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 a_xrl, a_vrj, a _{z r /}, zmie­rzonych na rękojeści narzędzia w poszczególnych, /-tych pasmach tercjowych, przez znane war­tości współczynnika przenoszenia drgań TR_i, wyznaczone dla danego środka ochrony w tych sa­
mych 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 a_{x d i} ., a_{y d i}, a_{zJ l}.

6. Wyznaczenie z widm drgań, określonych w 5 kroku, skutecznych wartości ważonych przyspiesze­nia drgań a_xwd, a_ywd oraz a_zwd 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 a_xlifld, a_yllnd, a_zlind na dłoni operatora pracującego danym narzędziem z zasto­sowaniem danego środka ochrony.

8. Określenie sumy wektorowej a_wds wartości ważonych przyspieszenia drgań, wyznaczonych na dłoni operatora stosującego środek ochrony, i analogicznej sumy wektorowej
   a_linds wartości nieważonych:

9. Obliczenie ze wzoru 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 zasto­
   sowaniem danego środka ochrony (8 krok).

10. Obliczenie ze wzoru liniowego wskaźnika skuteczności danej ochrony WSO_ljn przy 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.

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.

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.

---