Интегрированная система снижения вибрации рабочего места оператора тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.05, кандидат технических наук Пахомова, Людмила Владимировна

• Пахомова, Людмила Владимировна
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Пахомова, Людмила Владимировна

ВВЕДЕНИЕ

1 СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОПЕРАТОРА ВИБРИРУЮЩИХ МАШИН

1.1. Влияние вибраций на организм человека.

1.2. Состояние средств защиты оператора от вибрации.

1.3. Механические характеристики тела человека.

1.4. Моделирование механических характеристик.

1.5. Выбор направления и постановка задачи исследования Выводы по главе.

2 СИНТЕЗ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ВИБРОИЗОЛЯЦИИ

2.1. Принципы построения виброзащиты.

2.2. Потенциальные движения жидкости.

2.2.1. Кинетическая энергия жидкого объема.

2.2.2. Жесткость упругой оболочки.

2.2.3. Жесткость нерастяжимой оболочки.

2.3. Малые колебания оболочек.

2.4. Нелинейная деформация оболочек.

Выводы по главе.

3 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ВИБРОИЗОЛЯЦИИ

3.1. Моделирование защищаемого объекта.

3.2. Моделирование защитного устройства.

3.3. Расчет системы виброизоляции.ЮЗ

Выводы по главе.

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМЫ СНИЖЕНИЯ ВИБРАЦИИ

4.1. Исследование вибрации жидкости в ограниченном объеме

4.2. Нервно-мышечные реакции оператора как объекта защиты

4.3. Нелинейные свойства полимерных оболочек.

4.4. Судовые испытания виброзащитного устройства.

Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Интегрированная система снижения вибрации рабочего места оператора»

Проблема судовой вибрации и связанных с ней явлений возникла в-результате естественного развития технического прогресса. Характер этой проблемы является временным с точки зрения исторического процесса и, по-видимому, будет продолжаться не более 150 лет. Стечение нескольких факторов явилось причиной неблагоприятного действия вибрации на человека, в частности на экипаж судна.

Феномен вибрации технических объектов заключается в постоянном увеличении количества машин и в необходимости присутствия оператора на этих машинах или рядом с ними. Непосредственный контакт человека и машины приводит к передаче вибрации на контактирующие поверхности и далее на весь корпус оператора. Это может быть причиной отклонения здоровья от средней нормы и даже являться причиной профзаболеваний. Человек как объект исследования рассматривается- с точки зрения биомеханики в виде сочетания вязкоупругой среды с переменной структурой.

В упругой среде могут распространяться волны сжатия и разряжения; а также сдвиговые волны. Если края системы тел или одного тела можно с некоторой надежностью обозначить, например, измененной плотностью или упругостью, то такое тело является ограниченным. Границы являются причиной отражения волн. Считается, что упругие колебания в силу своей линейности могут накладываться без искажения по законам геометрии. Это приводит к появлению стоячих волн в теле. Количество этих волн, их интенсивность и расположение образуют форму колебаний данного тела.

Для тел сложной формы разработаны вычислительные методы, при которых тело разбивается на мелкие части. В настоящее время существует много программ основанных на методе конечных элементов и позволяющих рассчитывать десятки собственных частот.

Основные частоты вибрации двигателей речных судов находятся в диапазоне 8 — 30 Гц. Эти частоты негативно влияют на здоровье экипажа в ряду других вредных факторов. Более того, вибрация на скоростных судах является главным фактором риска для здоровья экипажа.

Цель данной работы — наметить пути совершенствования средств и методов защиты человека оператора от вредного действия вибрации. Для этого в работе проведен анализ известных методов защиты человека от вибрации. Отмечены некоторые общепринятые упрощения, приводящие к неточности моделей взаимодействия средств защиты. Выбрано направление совершенствования методики подхода к моделированию системы защиты. Предложена методика проектирования основных элементов подвески сидящего оператора. Рассмотрены объемные модели человека, воспроизводящие свойства реального объекта при исследовании методом конечных элементов. Проведены натурные судовые испытания упруго-инерционных систем защиты оператора от вибрации.

На защиту выносится метод расчета и устройство для снижения вибрации оператора судовых энергетических установок:

• Представление об особенностях динамического поведения живых объектов и, в частности, человека;

• Принцип интеграции защищаемого объекта и защищающей части системы в единый комплекс;

• Метод конечных элементов для расчета динамической модели человека и результаты численных исследований интегрированных систем, состоящих из модели защищаемого объекта элементов системы защиты и детерминированного источника вибрации;

• Рекомендации по расчету виброзащиты операторов судовых энергетических установок.

Заключение диссертации по теме «Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)», Пахомова, Людмила Владимировна

Выводы по главе:

1. Спектр собственных частот ограниченного жидкого объема образует закономерную последовательность, основанную на

123 представлениях о потенциальном характере течения при малых колебаниях;

2. Реакция живого организма обусловлена скоростью передачи возбуждения в мышцах. На низких частотах оператор парирует внешние воздействия, после частоты 4 - 6 Гц объект защиты приобретает пассивные свойства ограниченного жидкого объема;

3. Большие обратимые деформации полимеров можно предсказать в рамках закона Гука, если учитывать изменение сечения материала. Для пластины, цилиндра, тора и сферы жесткость оболочки является отрицательной;

4. Судовые испытания интегрированной системы виброзащиты оператора показали эффективность от 10 до 20 дБ в диапазоне частот 16 — 500 Гц.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Вибрация энергетических машин является нежелательным фактором, оказывающим вредное влияние на обслуживающий персонал. Существующие стандарты ограничивают дозу и уровень вибрации действующей на человека. Вибрация делится на общую и местную. Общая вибрация нормируется для стоящего и сидящего человека. Динамические характеристики тела человека исследуются при детерминированном уровне источника вибрации;

2. Частоты сидящего человека находятся в диапазоне от 2 до 100 Гц. Ниже этого диапазона наблюдается укачивание, выше частоты 100 Гц вибрация ограничивается местом приложения и носит местный характер. Плотность, жесткость и прочность человеческого тела существенно отличаются от таких же характеристик неживых объектов, что предполагает специальные методы исследований;

3. Чувствительность человека к вибрации различается по частотам. Наиболее неприятна вибрация с частотой от 4 до 8 Гц. Особенностью живого объекта защиты является его реакция на низкочастотные воздействия;

4. Для качественной виброзащиты необходимо обеспечить частоту подвески на уровне 2 Гц. При данной частоте статическая просадка становится недопустимо большой, а устойчивость недостаточной для выполнения профессиональных обязанностей;

5. Эффективная защита оператора от вибрации основания возможна при значительной массе промежуточных элементов защитного устройства или при нелинейной силовой характеристике. При этом оператор и защитное устройство должны составлять единое динамическое целое, как по собственным частотам, так и по плотности и модулю упругости;

6. Расчет и проектирование системы защиты от вибрации человека возможно только при использовании сложных расчета основанных на методе конечных элементов. Экспериментально найденные значения динамических характеристик оператора могут быть использованы при расчетах и дают близкие к реальным значениям первые частоты собственных колебаний;

7. Испытания макетов защитных устройств на судне показали существенное снижение вибрации оператора. В диапазоне частот от 16 до 250 Гц эффективность составила 15-20 дБ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Пахомова, Людмила Владимировна, 2009 год

1. Андреева-Галанина Е.Ц. Вибрация и её значение в гигиене труда. Л.: Медгиз, 1956.-190 с.

2. Антомошкин А.Ю. Особенности виброзащиты судовых приборов автоматизации. //Техн. эксплуат. судовых энергетических установок. -Л.-1986.- С. 89-93.

3. Арустамов Э.А. Безопасность жизнедеятельности. М.: 2001.

4. Бабаев Н.Н., Лентяков В.Т. Некоторые вопросы общей вибрации судов. Л.: Судостроение, 1961. - 308 с.

5. Великсон Д.М., Белькевич В.М. Виброизоляция главных и вспомогательных механизмов// Произв. техн. сб./РСФСР МРФ.-Вып.69. 1968,- С.8-18.

6. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. /под ред. В.Н. Челомея М.: Машиностроение, 1984. Т. 1 Колебания линейных систем/ Под ред. В.В. Болотина, 1978, 352 с.

7. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. /под ред. В.Н. Челомея М.: Машиностроение, 1984. Т. 2 Колебания нелинейных механических систем/ Под ред. И.И. Блехман, 1978, 352 с.

8. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. 6/под ред. В.Н. Челомея -М.: Машиностроение, 1984. Т. 6 Защита от вибрации и ударов/ Под ред. К.В. Фролова, 1981, 456 с.

9. Вибрация на производстве: вопросы физики, гигиены и физиологии труда, клиники, патофизиологии и профилактики, под ред. А.А. Летавета, Э.А. Дрогичиной, "Медицина", Москва, 1971, с. 122-237.

10. Гарин В.М. Экология для технических вузов. Ростов-на-Дону: 2001

11. Герчев Г. О практической применимости метода потенциала ускорений в расчёте периодических сил гребного винта //Вопросы судостроения. Сер.: Проектирование судов. Вып. 39. - 1984, С.15-21.

12. ГОСТ 12.1.012-2004 ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования.

13. ГОСТ 12.1.012-90 ССБТ. "Вибрационная безопасность. Общие требования".

14. ГОСТ 12.1.047-85 ССБТ. Вибрация. Метод контроля на рабочих местах и в жилых помещениях морских и речных судов.

15. ГОСТ 12.4.094-88 ССБТ. Вибрация. Динамические характеристики тела человека при воздействии вибрации. Методы определения.

16. ГОСТ 21889-76. "СЧМ. Кресло человека-оператора. Общие эргономические требования".

17. ГОСТ 24346-80 Вибрация. Термины и определения.

18. ГОСТ 24347-80 Вибрация. Обозначения и единицы.

19. ГОСТ 25980-83 Вибрация. Средства защиты. Номенклатура параметров

20. ГОСТ 27242-87 Вибрация. Виброизоляторы. Общие требования к испытаниям.

21. ГОСТ 31191-1-2004 Вибрация и удар. Измерение общей вибрации и оценка ее воздействия на человека. Общие требования.

22. ГОСТ 31319-2006 Вибрация. Измерение общей вибрации и оценка ее воздействия на человека. Требования к проведению измерений на рабочих местах.

23. ГОСТ ИСО 10326-1-2002 Вибрация. Оценка вибрации сидений транспортных средств по результатам лабораторных испытаний. Часть 1. Общие требования.

24. ГОСТ ИСО 8041-2006 Вибрация. Воздействие вибрации на человека. Средства измерений.

25. Елисеев С.В., Нерубенко Г.П. Динамические гасители колебаний. -Новосибирск: Наука, 1982. 144 с.

26. Замрий А.А. Проектирование и расчет методом конечных элементов трехмерных конструкций в среде АРМ Structure3D. — М.: Издательство АПМ. 2006.-288 с.

27. ИСО 2017:1982 Вибрация и удар Изоляторы - Методы определения характеристик.

28. ИСО 2017-1:2005 Вибрация и удар Опоры упругие - Часть 1: Технические данные для проектирования систем виброизоляции.

29. ИСО 20283-3:2006 Вибрация Измерения вибрации на судах - Часть 3: Измерения вибрации судового оборудования во время приемочных испытаний.

30. ИСО 2631-1:1997 Вибрация и удар Оценка воздействия общей вибрации на человека - Часть 1: Общие требования.

31. ИСО 2631-2:2003 Вибрация и удар Оценка воздействия общей вибрации на человека - Часть 2: Вибрация в зданиях в диапазоне частот от 1 до 80 Гц.

32. ИСО 3046-5:2001 Двигатели внутреннего сгорания поршневые -Характеристики Часть 5: Угловая вибрация.

33. ИСО 5982:2001 Вибрация и удар Диапазон идеализированных характеристик для описания биодинамического отклика сидящего человека на воздействие вибрации в вертикальном направлении.

34. ИСО 6954:2000 Вибрация Руководство по измерению, представлению и оценке вибрации на пассажирских и торговых судах с позиции ее воздействия на пассажиров и членов экипажа.

35. ИСО 8727:1997 Вибрация и удар Воздействие на человека -Биодинамическая система координат.

36. Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Сидорин А.П. Экология. М.: «Дрофа», 2004.

37. Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1973. - 847 с.

38. Марченко О.Я., Янчеленко В.А. Уравновешивание и балансировка в дизелях для снижения низкочастотной вибрации. Совершенствование технико-экономических показателей дизелей: Труды /ЦНИДИ. -Л., 1981.-С. 118-128.

39. Пахомова JI.В. Снижение вибраций на конструктивные элементы судов от ДВС//Сибирский научный вестник. 2007. - №10. - С. 70-72.

40. Пахомова Л.В. Виброзащитное кресло-оператора транспортных машин//Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. -2008. -№1.- С. 163-164.

41. Пахомова Л.В. Методика совершенствования системы виброзащиты на транспорте//Судостроение. 2009. - №1. - С. 23-24.

42. Пахомова Л.В. Проектирование механизмов виброзащитного кресла//Сибирский научный вестник. -2009. №12. - С.138-141.

43. Поляков В.И. и др. Расчётное прогнозирование уровней вибрации надстроек транспортных судов//Судостроение. 1986. - № 5. - С.7-9. 154.

44. Руководство по профессиональным заболеваниям, под ред. Н.Ф. Измерова, том 2, "Медицина", Москва, 1983, с. 113-163.

45. Санитарные нормы СН 2.2.4/2.1.8.582-96 "Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий".

46. СанПиН 2.5.2-703-98 "Суда внутреннего и смешанного (река-море) плавания".

47. Синев А. В., Соловьев В. С., Бобров Б. Ф. НИЛ «Технологии безопасности» (НИЛ ТБ) СибГУТИ 25 лет.

48. Скуридин А.А., Михеев Е.М. Борьба с шумом и вибрацией судовых ДВС. Л.: Судостроение, 1970. - 220 с.

49. Трусов А.П. Изоляция корпуса и корпусных конструкций от усилий вызывающих вибрацию: Автореф. дисс. к. т. н./ГИИВТ. Горький, 1983.

50. Трясина на колесах, Вадим Владимиров, «8 часов» №3 Декабрь 2007.51. 39ТН UK CONFERENCE ON HUMAN RESPONSE TO VIBRATION RMS Vibration Test Laboratory, Ludlow, Shropshire, 15th-17th September 2004

51. Discussion of human resonant frequency, Brownjohn, James M.; Zheng, Xiahua, Proc. SPIE Vol. 4317, p. 469-474, Second International Conference on Experimental Mechanics, Fook S. Chau; Chenggen Quan; Eds, 06/2001.

52. Pub.No.:WO/2007/066979InternationalApplicationNo.:PCT/KR2006/00524 7PublicationDate:14.06.2007InternationalFilingDate:06.12.2006.

53. Julian Edgar. Springs and Natural Frequencies. J. Marciniak. Przegl Nd Kolejowy, 1999, N3, s.l- 4.

54. SIMNON™. Department of Automatic Control, Lund Institute of Technology, Sweden, 1986.

55. Springs and Natural Frequencies, The physics of the bounce, by Julian Edgar, Autospeed, issue 418.

56. Title:Combination of a seating system and a shared sensor Document Type and Number:United States Patent 7068178.

57. United States Patent 5536059 Seat suspension system using human body responses.