انواع ارتعاش × اندازه گيري و ارزيابي و كنترل ارتعاش
(انواع ارتعاش )
اندازه گيري و ارزيابي و كنترل ارتعاش
(Types of vibration)
Measurement and evaluation of vibration control
« ارتعاش »
انواع ارتعاش:
ارتعاش به همه بدن و اثرات آن :
ارتعاش به همه بدن در وسائل ترابری ، زمینی ، ساختمانها و محیط کار وجود دارد . ارتعاش به همه بدن در گستره 1-20 هرتز برای شاغلان به عنوان یک عامل زیان آور به شمار می آید . اثرات فیزیولوژیکی و روانی ارتعاشهای مکانیکی بر انسان ، در اثر به نوسان در آمدن اجباری اندام ها و بافت های بدن ، به وجود می آید و سبب بر هم زدن کار طبیعی بدن می گردد.کالبد انسان همانند یک دستگاه ارتعاشی پیچیده است که در برخی بسامدها به حال تشدید در می آید . بیماری حرکت ، دریا گرفتگی ، بیماری خودرو نمونه ای از بیماریهای ناشی از این گونه ارتعاشات است.
ارتعاش دست و بازو و اثرات آن :
انواع ابزار الکتریکی و بادی ( هوای فشرده ) دستی ، که به وسیله کارگران صنایع ساختمانی ، معدنی ، سنگبری و .... استفاده می شود ، نیروی ارتعاشی زیادی را تولید می کند . این انرژی به هنگام کار به دستها و بازوهای کارگر منتقل می شود . استفاده روز افزون ابزار یاد شده سبب بروز ناراحتی هایی چون آسیب بافتهای نرم ، کاهش کلسیم و استئو ارتریت مفصلهای دست و بازو و سرانجام آسیبهای عروقی می گردد.سپید انگشت شایعترین عارضه ناشی از این گونه ارتعاش است.
به طور كلي تمام وسايل ماشيني كه در صنعت ، كشاورزي و حمل و نقل بكار ميروند انسان را در معرض ارتعاش قرار مي دهند، ارتعاشات ايجاد شده ميتوانند مختل آسايش و راحتي و موجب تقليل كار موثر شوند و روي سلامتي و ايمني افراد اثر بگذارند. و همچنين از عوامل مشتركي كه در صنعت توليد سروصدا ميكنند همين ماشينهاي مرتعش ميباشند.
ارتعاش يك حركت نوساني حول نقطه تعادل است . نظريه ارتعاش حركت نوساني اجسام ، نيروهاي مربوط و اثرات ناشي از انتقال آن را به بدن انسان بررسي مي كند. كليه اجسامي كه داراي جرم و خاصيت كشاني مي باشند، قادر به ارتعاش هستند. بنابراين بيشتر ماشين آلات و ابزارهاي گوناگون به نسبت هاي متفاوتي تحت تاثير ارتعاش قرار مي گيرند.
ارتعاش ممكن است دوره اي يا غير دورهاي باشد. ارتعاش دورهاي خود ممكن است ساده يا مختلط باشد. ارتعاش دورهاي ساده ، هنگامي بوجود مي آيد كه جسم نوسان كننده حركات منظم و پي در پي نوساني حول نقطه تعادل انجام دهد و معادله حركت آن يك معادله ساده سينوسي است. ارتعاش مختلط دوره اي شكل سينوسي ساده نداشته ولي بطور منظم تكرار مي شود.
ارتعاش هاي دوره اي ساده و مختلط، ارتعاش هم آهنگ را تشكيل مي دهند. ارتعاش هاي غير دوره اي، نوساناتي است كه آهنگ مشخصي ندارد. بسياري از ارتعاشهاي مكانيكي مهم در رديف بسامد 2000-1 هرتز قرار مي گيرند. ارتعاشات توليد شده در صنايع بيشتر به صورت غير دورهاي هستند.
با توجه به اينكه ارتعاش نيز جزء عوامل زيانآور و بيماري زاي محيط كار محسوب ميشود، لذا پايش هاي محيطي و زيستي در مورد ارتعاش از سوي مواد قانوني 85، 92 و 95 قانون كار و مواد 88 و 90 قانون تأمين اجتماعي حمايت ميشود.
مروري بر پژوهشهاي انجام شده :
در طول 30 سال گذشته تحقيقات متعددي در مورد تأثيرات تماس با ارتعاش انجام شده است و معلوم شده كه بيماريهاي مهرهاي كمري با از بين رفتن ديسكشان، از اثرات پاتولوژيكي متداول ارتعاش است.
در اوايل سال 1980 ميلادي كارشناسان سازمان بينالمللي كار ارتباط بين بيماري مهرههاي كمري منتج شده از ارتعاش با فركانس پائين را براي اپراتورهايي كه با ماشينها و تراكتورها كار ميكردند، شناسايي كردند.
طبق ارقام اعلام شده در امريكا بيش از 7 ميليون نفر كارگر در معرض ارتعاش تمام بدن و يك ميليون نفر در معرض ارتعاش دست و بازو قرار دارند. در كشور ما نيز تعداد بسيار زيادي از كارگران در معادن و صنايع مختلف با اين معضل مواجه هستند.
برامر در سال 1986 پيدايش عارضه Vibrotactile و درك لمس سهبعدي يا فضايي را در كارگراني كه با ابزارهاي ارتعاش كننده دستي كار ميكردند بررسي نمود و به اين نتيجه رسيد كه علايم و نشانههاي نورولوژيكي كارگراني كه تماس مزمن با ارتعاش دست ـ بازو را داشتهاند، فيبرهاي عصبي محيطي و گيرندههاي مكانيكي، هر دو را تحت تأثير قرار ميدهد.
گزارشهايي از تغييرات تخريب كننده در استخوانهاي انگشتان و مچ كارگران استفاده كننده از ابزارهاي ارتعاش كننده در دست است. براين اساس كوملين در سال 1973 دريافت كه 7 نفر از 35 نفر چوببرهاي مورد مطالعهاش وجود كيستها و واكيولس را در استخوانهاي متاكارپال و يا فالانژها و يا در هر دو به صورت راديولوژيكي نشان دادهاند.
خطرات ناشي از ارتعاش :
عوارض ناشي از ارتعاش از دو جنبه مورد بررسي قرار مي گيرند. يكي جنبه تاثيرگذاري كوتاه مدت ارتعاش كه آن را جنبه ايمني نام مي نهند و ديگري جنبه بلند مدت كه تحت عنوان جنبه بهداشتي از آن نام مي برند.
الف) جنبه ايمني: ارتعاشات به خصوص در طيف فركانسي 1 تا 30 هرتز باعث ايجاد نوسانات جزيي بين فرد با نقطه ديد يا محل تماس فيزيكي وي با كار مي گردد. به هم خوردگي آني تعادل بدن، افزايش نوسان بدن و لرزش دست از جمله عوارض ديگري است كه به دنبال مواجهه با ارتعاش تمام بدن يا ارتعاش عضلات يا تاندونهاي آنها باعث افزايش انقباض يا گرفتگي در آنها مي گردد كه در نهايت مي تواند سبب تداخل در وضعيت اعضاء كاري گردد. احساس ضعف و ديگر تغييرات در بازو و ساق پا نيز ايجاد مي شود.
از جمله اثرات زيانبار ديگر ارتعاشات آن است كه در گستره 25-10 هرتز سبب كاهش تيزبيني مي شوند و مي توانند سطح عملكرد حركتي و كنترلي وظايف ديداري كار را كاهش دهند. ضمن اينكه بر عملكرد حركت و كنترل ماهيچه اي اثري نامطلوب دارند و باعث ميشوند هنگام كار، خطاهاي كاري افزايش يابد. با توجه به مطالب فوق مي توان به اهميت ارتعاش در كاهش تسلط فرد بر ابزار كار و نحوه انجام كار پي برد. به دنبال كاهش تسلط كارگر و پايين آمدن سطح عملكرد انساني، زمينه وقوع حوادث پديدار مي گردد. بنابراين بايد روي جنبه ايمني ارتعاش بررسي و تامل صورت گيرد.
ب) جنبه بهداشتي: انتقال انرژي مكانيكي از يك منبع مرتعش ميتواند باعث اختلال در راحتي يا آسايش، اختلال در اعمال فيزيولوژيك بدن و نيز ضايعات اسكلتي و ناراحتيهاي دستگاه گوارش شود.
يكي از انواع بيماريهاي ناشي از ارتعاش بيماري حركت ميباشد كه در دريا به بيماري دريا گرفتگي معروف است. بيماريهاي ناشي از تكان، در اثر تكانهاي آهنگين يا نامنظم در جهتهاي گوناگون ايجاد ميشود. جذب انرژي ارتعاش با بسامد 30 تا 300 هرتز توسط نسوج دست به پديدة سپيد انگشت منجر ميشود. سپيد انگشت شايعترين عارضه ناشي از ارتعاش ميباشد و بيشتر در انگشتان دستها ديده ميشود و علت آن كمخوني موضعي انگشتان دست در اثر ارتعاش و فشار وارده از گرفتن ابزار ميباشد.
تماس با ارتعاش سبب بروز واكنشهاي فيزيولوژيك ميشود. مهمترين واكنش فيزيولوژيك در برابر ارتعاش با شدت متوسط، افزايش ضربان قلب است (10 تا 15 ضربه در ده دقيقه، بيشتر از وضعيت استراحت). برخي مطالعات افزايش ميزان تنفس و مصرف اكسيژن را نيز گزارش كردهاند. بروز اين تغييرات فيزيولوژيك ممكن است با افزايش فعاليت ماهيچهاي ناشي از انتقال انرژي ارتعاشي، رابطه داشته باشد .
اهداف اندازه گيري ارتعاش :
الف) عيب يابي و بازرسي فني ماشينآلات.
ب) كنترل ارتعاش.
ج) تييين ميزان مواجهه كارگر
اندازه گيري ارتعاش ماشين آلات :
براي ارزيابي و بررسي ارتعاش در ماشينآلات، اساس بر اندازهگيري سرعت گذارده ميشود. براي اندازهگيري سرعت ماشينآلات از Vibrometer استفاده ميشود. اين دستگاه قادر است شتاب و سرعت، تراز شتاب و تراز سرعت را اندازه گيري نمايد. در واقع سرعت سنج اين دستگاه مبدلي است كه سرعت حركت ارتعاش را اندازه گيري ميكند و از يك سيم پيچ تشكيل شده است كه در محور مغناطيسي يك آهنربا قرار دارد.
هنگامي كه سيم پيچ در نتيجه ارتعاش دريافت شده به حركت در ميآيد ، سبب القاء ولتاژي مناسب با سرعت دريافتي ميشود. از معايب اين دستگاه نسبت به شتاب سنجها اين است كه ميدان هاي مغناطيسي موجود در محيط كاربر صحت اندازه گيري آن تأثير ميگذارند. معادله سينوسي سرعت ارتعاش به صورت زير است كه نسبت به مساحت به اندازه تقدم فاز دارد .
اندازه گيري و ارزيابي ارتعاش :
براي اندازه گيري و ارزيابي ارتعاش، شناخت كامل نسبت به روش هاي اندازه گيري خصوصيت محيط كار و چگونگي مواجهه كارگر اهميت دارد. مهترين نكاتي كه بايد قبل از اقدام به اندازه گيري و ارزيابي در نظر گرفته شود شامل موارد زير است:
الف) هدف اندازه گيري : هدف اندازهگيري شامل ارزيابي ارتعاش دستگاهي مي باشد.
ب) وسيله اندازه گيري : اندازهگيري ارتعاش دستگاهي توسط ارتعاش سنج B&K مدل 2513 انجام گرفت .
ج) كاليبراسيون : سادهترين روش كاليبراسيون براي ارتعاش سنج B&K صفر كردن دستگاه در مكاني است كه هيچ گونه ارتعاش ندارد ، صفر کنيم.
د) گردآوري اطلاعات دقيق از كارگاه: بدليل وجود پرسهاي اتوماتيك و نيم اتوماتيك كه منبع توليد ارتعاش در اين شركت ميباشند اندازهگيري دركارگاه پرس انجام ميگيرد.
اجزای دستگاه ارتعاش سنج :
H/A : برای اندازه گيري ارتعاش دست و بازو
Sev : برای اندازه گيري شت ارتعاش ماشين
Lin : برای تجزيه ارتعاش درفرکانس های مختلف
Acc :برای اندازه گيري شتاب ارتعاش
Vel : برای اندازه گيري سرعت ارتعاش
کليد چند زمانه سمت راست مقاديرزير را نشان می دهد :
، RMSmax ، RMS1s Peakleq ،Peak1s .
برای چک باتری دکمه باتری را فشار می دهيم اگر نشانگر در محدوده تعريف شده بود باتری شارژ کافی برای اندازه گيري را دارد .
برای اندازه گيری آهنربای سنسور را روی بدنه مرتعش دستگاه قرار می دهيم و بعد از انتخاب شدت ارتعاش و رنج اندازه گيري اعداد را در حالات مختلف میخوانيم .
بررسي ارتعاش دستگاهي در پالايشگاه تهران :
با توجه به بررسي هاي انجام شده در پالايشگاه تهران ، ارتعاش ناشي از دستگاه در كارگاه تعميرات وجود دارد . در اين كارگاه نزديك به 20 دستگاه تراش و چندين دستگاه فرز ، دستگاه پرس ، دستگاه سنگ سنباده كه همگي به نحوي توليد ارتعاش مي كنند وجود دارد .
براي اندازه گيري ارتعاش وقتي كه دستگاه روشن بود و كارگر مشغول انجام كار بود با استفاده از دستگاه ارتعاش سنج Vibrometer ساخت شركت B & K مدل 2513 ارتعاش دستگاهي را اندازه گرفتيم .
روش اندازه گيري : قبل از اندازه گيري بايد دستگاه كاليبره شده باشد كه اين كار طبق روش گفته شده در قبل انجام شد . باطري دستگاه نيز بايد چك شود .
براي اندازه گيري ابتدا كليد ON/off دستگاه ارتعاش سنج را فشار داده تا دستگاه روشن شود . بعد سنسور آهنربايي دستگاه ارتعاش سنج را بر روي بدنه ماشين تراش قرار داديم و كليد شتاب (Acc ) را در وضعيت پايين قرار داديم و كليد rms را انتخاب كرده و آنرا در وضعيت Max و 1s قرائت كرديم . ضمناَ اگر ميزان شتاب نشان داده شده توسط دستگاه ارتعاش سنج بالاتر از رنج اندازه گيري بوده و Overload شود بايد رنج اندازه گيري در كليد Acc را در حالت بالايي قرار داد .
سپس اعداد قرائت شده در هر دستگاه را قرائت كرده و در جدول ثبت كرديم . و در نهايت براي ارزيابي ميزان ارتعاش دستگاهها آنرا با مقدار استاندارد ISO براي ارتعاش دستگاهي كه بر اساس توان موتور دستگاه مي باشد مورد مقايسه قرار داديم كه در جدول آمده است .
استاندارد ارتعاش دستگاه :
موسسه ISO براي شتاب ارتعاش دستگاه ها با توجه به توان موتور دستگاه، حدود مجازي ارائه نموده است. اگر شتاب ارتعاش دستگاه بيش از اين حد مجاز باشد دستگاه از نظر ارتعاش بالانس نبوده و بايد اقدامات كنترلي جهت كاهش ارتعاش صورت پذيرد و در واقع هدف از اندازهگيري ارتعاش صنعتي عيبيابي دستگاه است.
جدول : حدود مجاز شتاب ارتعاش دستگاه با توجه به توان موتور دستگاهها طبق استاندارد ISO
توان موتور دستگاه برحسب KW |
حد مجاز شتاب ارتعاشي |
كمتر از15 |
8/1 |
75-15 |
8/2 |
جدول : نتايج حاصل از اندازه گيري شتاب ارتعاش دستگاه ها در پالايشگاه تهران
دستگاه مورد اندازه گيري |
شتاب (m/s2) |
توان دستگاه (KW) |
حد مجاز شتاب (m/s2) |
ارزيابي | |
RMS | |||||
1s |
Max | ||||
دستگاه تراش (شماره 1) |
5/3 |
5 |
7/9 |
8/1 |
بالاتر از حد مجاز |
دستگاه تراش (شماره 2) |
5/2 |
2 |
7/9 |
8/1 |
بالاتر از حد مجاز |
دستگاه تراش (شماره 3) |
3 |
3 |
5/16 |
8/2 |
بالاتر از حد مجاز |
دستگاه فرز |
5/3 |
6 |
20 |
8/2 |
بالاتر از حد مجاز |
دستگاه فرز |
5/3 |
4 |
12 |
8/1 |
بالاتر از حد مجاز |
برطبق استاندارد ISO در ارتعاش دستگاهي بايد شتاب RMS را در نظر بگيريم و بهتر است كه از شتاب يك ثانيه كه دقيقتر ميباشد استفاده نمائيم. لذا در ارزيابي شتاب RMS1S لحاظ گرديده است. در دستگاههايي كه با چندين موتور مشغول بكار هستند بايد توان قدرت بزرگترين موتور مورد ارزيابي قرار بگيرد .
نتايج اندازه گيري : با توجه به استاندارد ارائه شده ارتعاش دستگاه هاي مورد ارزيابي بالاتر از حد استاندارد ميباشد و اين ارتعاشات بايد هم از نظر خطرات سلامتي براي كارگران و هم خطرات ساختماني كارگاه و نيز فرسودگي بدنه دستگاه ها مورد توجه قرار بگيرد. در بخش كنترل ارتعاش اين موضوع مورد بررسي قرار خواهد گرفت.
اهداف كنترل ارتعاش :
1. حفاظت دستگاهها و بناها از تخريب و استهلاك ناشي از ارتعاش.
2. حفاظت افراد در برابر صدمات ناشي از ارتعاش.
3. كنترل صدا ناشي از ارتعاش.
اصول پيشگيري از اثرات ارتعاش :
1- كنترل ارتعاش در موقع طراحي و ساخت دستگاهها.
2- كنترل ارتعاش به روش فني در منبع توليد.
3- نصب ميراكننده در محلهاي تماس با بدن روي دستگاه.
4- كنترل دستگاه ها از راه دور.
5- اقدامات مديريتي نظير كاهش مواجهه، گردشي نمودن شغل و تغيير شغل.
6- استفاده از وسايل حفاظت فردي نظير كفش، دستكش، زيرپايي ضد ارتعاش.
7- اقدامات پزشكي نظير ارزيابي سلامت كارگر در معاينات قبل از استخدام، پايش سلامت در معاينات دورهاي و تشخيص زودرس عوارض.
كنترل ارتعاش در مرحله طراحي و ساخت :
ارتعاش دستگاه هاي صنعتي به دو دليل توليد ميگردد . اول، ارتعاشي كه بدليل ماهيت كار بوده و جزئي از كارآيي دستگاه است مانند ارتعاش يك دستگاه ميكسر (مخلوطكن) كه براي عمل مخلوط كردن مواد مي بايستي محيط مرتعش باشد. دوم، ارتعاشي كه بدليل اتلاف انرژي مكانيكي ايجاد ميگردد. اين نوع ارتعاش همانند صدا و گرما راهي براي اتلاف انرژي دستگاههايي است كه بازدهي كافي ندارند.
براي هر دو گروه بايستي كارخانجات سازنده با الگوهاي فني تدابيري بيانديشند كه ارتعاش توليدي آنها كمتر باشد. اگر چه سازندگان خود به اين نكته واقفند كه اين گونه دستگاهها مقبوليت كمتر و عمر كوتاهتري دارند، ولي در بسياري از موارد در كنترل فني موفقيت چنداني ندارند. مناسبترين راه اين است كه شركتهاي سازنده خود اقدام به رفع معايب و كنترل ارتعاش نمايند. از نظر تجارتي، در معرفي دستگاهها عاملي به نام ضدارتعاش بودن وسيله نيز مدنظر قرار ميگيرد.
كنترل ارتعاش در منبع :
يكي از معمولترين و موثرترين روشهاي كنترل ارتعاش ميباشد. يكي از بيشترين منابع معمول در ارتعاش مكانيكي در ماشينهاي گردنده ، عدم توازن ميباشد . عدم موازنه ممكن است به علت افزايش تعداد منابع باشد ، اما راهحل آن به سادگي با بالانس كردن قسمتهاي گردنده انجام ميشود كه غالباً اين امر به سادگي با كاهش ديناميكي در دامنه ارتعاش صورت ميگيرد. گاهي ميتوان با سفت كردن لبههاي تكيهگاه ، فركانسهاي طبيعي سيستم را تغيير داده و از ايجاد تشديد ناخواسته جلوگيري كرد .
نصب ميراكننده در محلهاي تماس با بدن بر روي دستگاه :
قرار دادن يك مادة ميراكننده بين بدنه خارجي دستگاه و دست كاربر ، روش موثر و متداول براي كاهش سطح ارتعاشات ابزاردستي است . در اين روش ميرايي به دو شكل قرار دادن مادة ميراكننده بين بدنه ابزار و دسته آن و پوشش ابزار با لاستيك تأمين ميشود .
كنترل دستگاه از راه دور :
اين روش بيشك موثرترين روش حذف انتقال ارتعاش هاي حاصل از ابزارها به بدن است. اين روش در عين حال گران ترين روش است. براي بسياري از دستگاه هاي مرتعش صنعتي و معادن ميتوان از اين روش براي هدايت دستگاهها استفاده نمود. اين روش ميتواند با استفاده از سيم براي دستگاههاي ثابت و هدايت بوسيله بيسيم براي وسايل متحرك طراحي شود.
كاهش زمان اثرگذاري :
در صورتي كه روشهاي ديگر قابل اجرا نباشند يا موثر عمل ننمايد. كاهش زمان مواجهه روزانه تنها راه حل ميباشد. اين امر از طريق اتخاذ روشهاي مديريتي از جمله چرخش شغلي و در نظر گرفتن زمانهاي استراحت عملي ميباشد.
استفاده از وسايل حفاظت فردي :
استفاده از لوازم حفاظت فردي نظير كفش و دستكش ضدارتعاش ميتواند به همراه ساير روشها اهميت داشته باشد. برخلاف محدوديتهاي استفاده از لوازم حفاظت فردي در مقابل ساير عوامل مخاطرهزا از اين روش ميتوان در كنترل ارتعاش، بدون مقاومت كارگر يا ايجاد عوارض و حتي بدون محدوديت درا نجام كار استفاده نمود .
پيشنهادات :
1- ارتعاشات ايجاد شده در تجهيزات و ماشين آلات اغلب ناشي از باز شدن پيچ ، مهره ها و اتصالات آنها مي باشد ، در اين گونه موارد با تعمير و نگهداري و يا تعويض قطعات فرسوده مي توان ارتعاشات را تا حدودي كاهش داد .
2- تجهيزاتي را كه توليد ارتعاش مي كنند بايد بر روي پايه هاي سخت و محكم نصب گردند .
3- ماشين آلاتي را كه ارتعاش زا هستند ، كف آنها بايد ايزوله شود . در اين مورد بايد از جاذبهاي ارتعاش استفاده شود .
4- ماشينهاي سنگين كه ارتعاشات آنها را نمي توان ايزوله كرد بايستي ادوات را بدون آنكه با قسمتهاي ديگر ساختمان و ديواره هاي كارگاه در ارتباط باشند ، بوسيله قطعاتي جداگانه و پايه هاي مخصوصي به زمين نصب كرد .
5- از نكات مهم در ارتعاش ، بستن محكم صفحات و قطعات و روغنكاري و بازرسي مرتب از ماشين آلات مي باشد .
6- يك راه ديگر استفاده از عايق هاي ارتعاش مثل ايزولاتورهاي صفحه اي است كه يكي از ساده ترين و پرمصرف ترين عايق هاي ارتعاش مي باشد . شكل عمومي اين ايزولاتورها صفحه اي و از جنس لاستيك طبيعي ، لاستيك مصنوعي ، چوب پنبه ، الياف مختلف ، نمد و پشم شيشه مي باشد . استفاده از اين ايزولاتورها به جهات زير است :
الف- به راحتي مي توانند در زير دستگاهها نصب گردند و حتي مي توان كف كارگاهها را در صورت نياز با آن مفروش كرد .
ب- به شكل صفحات با ضخامت دلخواه مي تواند مورد استفاده واقع شود .
ج- مي توان براي دستيابي به دامنه جابجايي استاتيكي بيشتر از چند لايه آنها استفاده كرد .
7- براي ميراكردن ارتعاش ابزارهاي دستي نيز بايد از موارد زير استفاده كرد :
الف- قراردادن مواد ميراكننده ارتعاش بين بدنه ابزار و دسته آن .
ب- پوشش دادن ابزار با لاستيك .
ج- استفاده از دستكش هاي عايق ارتعاش ( از جمله دستكش لاستيكي) براي گرفتن ابزار .