CC BY
9УДК 629.3
ВЛИЯНИЕ ШИРОКОПОЛОСНОЙ ВИБРАЦИИ НА ВОДИТЕЛЕЙ
ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
Борисов Сергей Вячеславович.
г. Москва, Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ), доцент, [email protected]
Аннотация. В статье рассматривается влияние широкополосной вибрации на водителей транспортных средств и используемые оценочные показатели, а также обсуждается построение модели колебаний человеческого тела.
Ключевые слова: вибрация, среднеквадратическое ускорение, рабочее место водителя, биодинамическая модель человеческого тела.
INFLUENCE OF BROADBAND VIBRATION ON DRIVERS OF VEHICLES
Borisov Sergey Vyacheslavovich.
Moscow, Moscow Automobile and Road Construction State Technical University (MADI), associate professor, [email protected]
Abstract. The paper deal with influence of broadband vibration on drivers of vehicles, estimation criterions. The biodynamic model of human body is considered.
Key words: vibration, mean square acceleration, workplace of driver, biodynamic model of human body.
Одним из опасных производственных факторов, оказывающих негативное влияние на человечески организм, является вибрация. Механическая вибрация оказывает сложное биологическое воздействие на человека и может вызывать в организме изменения, затрагивающие его физиологическое состояние, работоспособность, здоровье.
Действие на организм человека механической вибрации, и транспортной вибрации в частности, зависит от различных показателей, к которым относятся частота колебаний, их интенсивность, продолжительность воздействия, направление вибрации. Человеческий организм по-разному воспринимает вибрацию различной частоты. В частности вибрация в диапазоне частот от 3 до 5 Гц вызывает сосудистые заболевания. При воздействии вибрации частотой 5-45 Гц наблюдаются расстройства, связанные с резонансными колебаниями как человеческого тела в целом, так и отдельных его частей и органов. Например, вибрация частотой 6 Гц может привести к возникновению резонансных колебаний головы, а частотой 8 Гц - к возникновению резонансных колебаний органов брюшного отдела.
Помимо перечисленного выше вредное влияние вибрации, возникающей при движении транспортных средств, может привести к появлению пояснично-седалищных болей (в основном ишиаса). При этом следует отметить, что
колебания передаются на человеческое тело, практически минуя нижние конечности, непосредственно позвоночнику, который в положении сидя принимает дугообразную форму, менее благоприятную для смягчения колебаний по сравнению с его естественной формой. Вибрация, воспринимаемая человеком в сидячем положении, травмирует позвоночник, его связочный и суставный аппарат. В дополнение к этому колебания транспортного средства вызывают нервно-психологическую нагрузку, приводят к появлению утомляемости водителя (оператора), и как следствие, к снижению безопасности движения.
Согласно [4] в качестве оценочного показателя при воздействии вибрации на человека используется среднеквадратическое значение корректированного виброускорения (а, м/с ):
где аъ,^) - сигнал виброускорения, измеренный в интервале времени [0, Т].
При широкополосном воздействии измеряемый параметр может быть получен в результате измерений, выполненных в октавных, третьоктавных или более узких диапазонах частот, для чего используется соответствующая фильтрация сигнала. Временной интервал, определяющий продолжительность измерений, следует выбирать исходя из соображений обеспечения необходимой статистической точности измерений. В случае широкополосного сигнала время измерения следует назначать исходя из частоты, соответствующей нижней границе диапазона частот, подлежащего оценке.
С учетом изложенного выше снижение уровня вибрации на рабочем месте водителя (оператора) по-прежнему остается актуальным. С этой точки зрения представляется интересным исследование вибрации на человека путем построения биодинамической модели человеческого тела. Основной трудностью при проведении такого моделирования является то, что тело человека является системой с распределенными параметрами, а при построении его математической модели требуется ограничить число степеней свободы. Стремление учесть колебания всех основных органов тела приводит к необходимости использования весьма сложных расчетных схем. Дополнительная сложность построения математической модели колебаний человека связана с тем, что параметры человеческого тела как колебательной системы изменяются в широких пределах в зависимости от характера вибрационного воздействия и его положения в пространстве. Кроме того, в одной и той же позе тело человека может быть напряжено или располагаться свободно, что также оказывает влияние на его биодинамические характеристики. В дополнение к этому параметры человеческого тела изменяются с изменением уровня и характера вибрационного воздействия, что приводит к нелинейности динамической системы и сопряженными с этим трудностями моделирования колебаний. В связи с этим представляется целесообразным в первом приближении моделировать колебания человеческого тела с использованием трехмассовой расчетной схемы "таз - грудь - голова". Частотная характеристика такой модели может быть представлена в следующем виде:
H(iw) = Щ=1- wl+24lkwk{iw)
(iw)2+2фkwk(iw)+wl,
где wk - k-я собственная частота колебаний, ук - коэффициент апериодичности колебаний.
Библиографический список:
1. Годжаев З.А., Борисов С.В., Камитов М.С. О критериях оценки эффективности системы подрессоривания автомобилей. Автомобильная промышленность, № 7, 2017. - С. 7-13.
2. ГОСТ 12.1.012-2004 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Вибрационная безопасность. Общие требования.
3. ГОСТ 31191.1-2004 "Вибрация и удар. Измерение общей вибрации и оценка ее воздействия на человека. Часть 1. Общие требования".
4. ГОСТ 31193-2004 (ЕН 1032:2003) Вибрация. Определение параметров вибрационной характеристики самоходных машин. Общие требования (ЕН 1032:2003, MOD).
5. ИСО 2631-1: 1997 (ISO 2631-1:1997) Вибрация и удар. Оценка воздействия общей вибрации на человека. Часть 1. Общие требования (Mechanical Vibration and shock - Evaluation of human exposure to whole-body Vibration - Part 1: General requirements).
