第7章振动测量评价与控制

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第7章振动测量评价与控制,第一节 振动概念与参数,一、振动形式,M,k,强迫无阻尼,M,k,自由振动,M,k,强迫有阻尼,自由振动频率为系统固有频率；,受迫振动为强迫力频率；,二、描绘振动的量,1振幅A0；,2振动速度幅值v0；,3振动加速度幅值a0；,4振动频率f角频率,2. 振动的专业技术根本量,1均方根值加速度加速度有效值，针对单一频率定义的量,注： 1a0为振动加速度的最大值，而此处T应理解为一个振动周期。相对考察一段时间的振动效果而言，一个振动周期T仍可理解为“瞬间， 所以加速度有效值可以理解为一个瞬间量，而与此相应的频率计权加速度也是“瞬时量。,2此参数是针对单一频率的振动定义的参数,3不特别指明时，“振动加速度一般指的就是均方根值加速度或加速度的有效值。,2频率计权振动加速度ahw，针对复合频率定义的瞬时量,frequency-weighted acceleration,根据人体对不同频率振动的感觉响应及产生的生理效应规律进展计权的加速度，简称计权加速度瞬时量。,手传振动计权加速度的计权系数,3加速度级,其中：a,0,为参考加速度,10,6,m/s,2,。,4频率计权加速度级,注：新标准不再推荐使用用“振动级来表示的振动量。见?机械振动与冲击 人体暴露 词汇?GB/T 15619-2005),5等能量频率计权加速度时间平均量,energy-equivalent frequency-weighted acceleration,在某一规定时间内的频率计权加速度的能量平均，称为该时间内的等能量频率计权加速度，简称,等能量计权加速度,。,注：该参数类似于噪声中的等效连续A计权声级L,Aeq,。,假设接振时间分为几个具有不同计权等能量计权加速度的时间段，那么在接振时间内的总等能量计权加速度为：,T,V,接振时间,a,hw,(t)t时刻计权加速度,t,i,各时间段时间,T,V,各时间段时间总和,(a,hw,),eq(i),第i个时间段等能量计权加速度,64小时等能量频率计权加速度相对暴露剂量 4h energy-equivalent frequency-weighted acceleration,手传振动的评价是以日接振量日振动暴露剂量作为评价根底。日接振量应定义为：工作日内对接振时间的等能量计权加速度的平方与工作日内实际的接振时间的乘积 ，即ahweqTv。而实际应用中，往往把不同日接振时间Tv的日接振量均转化为相当于4小时接振时间的等能量计权加速度，以便进展评价比较。这便是所谓的“4小时等能量计权加速度。,其中：T,4,4小时,T,V,日接振时间,说明：4小时等能量计权加速度虽然其单位为加速度单位m/s2，但与频率计权加速度、等能量计权加速度等具有本质的不同。前者表达的是日接振量这样一个概念表达了振动强度与时间两个因素；二后者只是表达了振动强度一个方面 。,“4小时等能量计权加速度通俗定义,将一个工作日内超过或缺乏4小时的等能量计权加速度转化为相当于4小时的等能量计权加速度，通过这样一个具有统一“日接振时间每天4小时的等能量等效计权加速度指标，或者说，通过一个“相对日暴露剂量日接振量指标，来比较或评价日振动暴露剂量程度。,78小时等能量频率计权加速度相对暴露剂量 8h energy-equivalent frequency-weighted acceleration,把具有不同接振时间的日接振量转化为相当于8小时接振时间的等能量计权加速度。,其中：T,8,8小时,说明：卫生部负责的国家职业卫生标准?工作场所有害因素职业接触限值 第2局部：物理因素?GBZ 2.2-2007)以及?工作场所物理因素测量 手传振动?GBZ/T 189.9-2007均将4小时等能量计权加速度作为评价手传振动的指标。而国家质量检验监视检疫总局负责的国家标准?机械振动 人体暴露于手传振动的测量与评价 第1局部：一般要求?GB/T 14790.1-)将8小时等能量计权加速度作为评价手传振动的指标。不过二者可转换：A(4)=21/2A(8),意见发表,1以上各个振动参数定义主要来自?人体手传振动的测量与评价方法?GB/T14790-1993，之所也取材于这样一个作废 标准，是因为其对振动参数的定义较大清楚，有明确的定义表达式，本人对其定义的合理性表示赞同，而取代它的新标准那么对一些根本概念和参数的定义交代的较为模糊，甚至没有交代。,2 有关振动的参数，各个标准混乱不一，有些新标准反而倒退，比方卫生部负责的新出职业卫生标准?工作场所物理因素测量 手传振动?GBZ/T189.9-2007) ，概念交代的模糊，甚至有错误，令人不知如何使用。而质检局负责的标准?人体手传振动的测量与评价方法?GB/T14790-1993以及代替它的新标准?机械振动 人体暴露于手传振动的测量与评价 第1局部：一般要求? GB/T14790.1-对各个量的交代清楚、系统，还举了例子。总体感觉，卫生部制定的标准不够专业，程度较差，而质检局及声学专门研究机构的标准程度较高。,第二节 振动对人的影响及测量评价,一、振动对人的影响,1感知,2不适,3疾病,2. 振动对人影响分类,1全身振动,如在振动平台、在列车、公共汽车工作等。,2局部振动主要是手传振动,使用手持式电开工具、手持式振动器械。,振动疾病,212Hz是人体共振频率范围，是振动对人伤害最大频率。,3. 全身振动对人的影响,ISO 2631-1978人体垂直振动标准：,ISO 2631-1978人体程度振动标准：,ISO 5349-1981:,手部加速度敏感区816Hz；16Hz以上，每倍频程允许加速度增加一倍，即增加6dB。,二、我国振动职业卫生标准,手传振动职业接触限值：,4h等能量计权加速度5m/s,2,?工作场所有害因素职业接触限值 第2局部：物理因素?,GBZ 2.2-2007),手传振动接触限值的等能量时间换算,D,y,（年）,1,2,4,8,A(8)（m/s,2,）,26,14,7,3.7,A(4)（m/s,2,）,37,20,10,5,相对于给定的暴露年数D,y,预期引起人群中发生10%阵发性白指病的日振动暴露量,注：Dy为人群平均总的累计暴露时间， 单位是年,注：研究认为，手传振动综合症在暴露于与手接触外表的8h等能量计权加速度A8小于2m/s22很少出现病例；而在A8值小于1m/s2的人员中未见报告病例。,第二节 振动测量局部振动,一、振动测量参考标准,?工作场所物理因素测量 手传振动 ?GBZ/T 189.9-2007,?手传振动测量标准?GB11523-89参考,?机械振动 人体暴露于手传振动的测量与评价 第1局部：一般要求? GB/T14790.1-,?人体手传振动的测量与评价方法?GB/T 14790-1993),?机械振动与冲击 人体暴露于全身振动的评价 第1局部 一般要求?,GB/T 13441.1-2007),?手持便携式动力工具 手柄振动测量方法 第2局部:铲和铆钉机?,GB/T 8910.2-2004,?手持便携式动力工具 手柄振动测量方法 第3局部:凿岩机和回转锤?,GB/T 8910.3-2004,二、振动测量仪器描绘,1. 所用测量仪器,名称： 振动测量仪 、振动计,2. 仪器构成：,1振动传感器变送器：,质量很小，固定在被测振动体上；,2 仪器主体：对传感器信号放大、并进展 处理和显示。,3二者通过软导线联结或通过无线电联络。,振动测量仪,振动测量仪,三、测量振动方向的选取,按照生物力学坐标系选取振动测量方向。,a. 握姿生物力学坐标系,b. 伸姿生物力学坐标系,被测物体示意图,a. 铁箍固定,c. 卡盘固定,b. 螺纹固定,五面带有螺孔的三方向测振传感器座,四、振动传感器的安装,?手传振动测量标准?GB11523-89),:,铲和铆钉机手传振动测量,重型和轻型回转锤振动测量,凿岩机振动测量,五、测量的振动量,1. 现行标准A,?工作场所物理因素测量 手传振动 ?GBZ/T 189.9-2007,按照生物力学坐标系，分别测量三个轴向振动的频率计权加速度，取三个轴向中最大值作为被测工具或工件的手传振动值。,2. 现行标准B,?机械振动 人体暴露于手传振动的测量与评价 第1局部：一般要求? GB/T14790.1-,要求测量生物力学三个轴向的频率计权加速度均方根值ahwx、ahwy和ahwz。而对振动暴露的评价基于三个轴向综合的量，称为振动总值ahv.,关于“振动评价测量的量讨论1,标准A明确指出要测量各个生物力学坐标方向的“频率计权加速度， 按照本课程交代的振动参数定义，这是一个“瞬时量，而评价振动最终指标为“振动暴露剂量，这样一个瞬时值显然不能反映振动的波动情况。因此，该标准只能用于单一稳定振动情况，所以该标准的适用范围及其有限。,标准A同样也没有答复一个工人操作不同振开工具时如何评价其接振剂量问题。,标准A没有给出如何处理测量数据，同时也没有要求考察记录被测人员的接振时间见“4.4 测量记录，因此也就使人不知如何同时也没有方法计算暴露剂量。这样，该标准就与其成为配套体系的?工作场所有害因素职业接触限值 第2局部 物理因素?GBZ2.2-2007)衔接存在问题。,4.标准B提出的测量指标为“频率计权加速度均方根值是一个本课件没有交代过的振动量。在标准B的说明中，明确表示其所替代得标准GB/T 14790-1993也是测量的是这个量，然而旧标准根本没有提到过这个量，旧标准对测量的量描绘见以以下图，应理解为“频率计权加速度，显然不是“频率计权加速度的均方根。,在旧标准GB/T 14790-1993给出的计算4小时等能量计权加速度举例中，其中一个用了等能量计权加速度，而另外一个例子，用的仍是“频率计权加速度，见下页PPT。问题是：新标准GB/T 14790.1-所提出的“频率计权加速度的均方根值是不是指旧标准或本课件所提出的“等能量频率计权加速度？,关于“振动评价测量的量讨论2,?人体手传振动的测量与评价方法?GB/T 14790-1993)计算举例：,5. 假设“频率计权加速度的均方根值就是“等能量频率计权加速度的话，那么意味着对振动的测量要持续不连续的测量，才能测出等能量频率计权加速度。标准的虽然没有明确表示测量时间长短，但显然不是全程测量。不过假设只是测量一个瞬间也是不合理的。那么，我们到底要测量多长时间，这个“均方根值到底是个什么玩意？标准在跟读者捉迷藏。,6.要想解开此困惑，显然在这两个标准之间是找不到明确答案的，必须另开蹊径。这便是?机械振动与冲击 人体暴露于全身振动的评价 第1局部 一般要求?,GB/T 13441.1-2007)。这个标准专门有一条规定了振动测量时间问题，见以以下图。,关于“振动评价测量的量讨论3,关于“振动评价测量的量讨论4,7.在GB/T 13441.1-2007)中，提出了“计权均方根加速度这样一个概念，见以以下图，从其定义式不难得出如下结论：,1“计权均方根加速度的定义式与“等能量计权加速度形式一样，所以其应归为“等能量计权加速度这个概念范畴，但详细应用领域不同；,2 “计权均方根角速度作为测量时的量，其等能量计权的时间不是一般意义上的人的整个接振时间内的能量平均，而只是测量时间内的能量平均。但要求测量时间要足够长，要能包括典型 数值和典型振动情况。因为其意图是要用较短的“测量时间内的等能量计权加速度来代表“整个接振时间内的等能量计权加速度。,关于“振动评价测量的量讨论结论,1?机械振动 人体暴露于手传振动的测量与评价 第1局部：一般要求? GB/T14790.1-所提出的测量指标“频率计权加速度的均方根值就是?机械振动与冲击 人体暴露于全身振动的评价 第1局部 一般要求?GB/T 13441.1-2007)中的“计权均方根加速度，属于“等能量计权加速度概念范畴。,2对振动进展测量使用上述指标比使用“频率计权加速度这样一个瞬时指标更科学准确。,3本课件提出的一些振动的量是根本的，可以概况其他类型的新量。,4振动测量标准要明确测量持续时间的标准要求，同时，同时还要把被测人员的接振时间作为振动测量评价的不可缺少数据，目前职业卫生标准GBZ有待改进。,六、振动的评价,评价原理本人对评价方法的理解,正如前文所示，通过较短但又足够长可以包括所测振动的典型情况的测量时间测内的等能量计权加速度来代表实际总接振时间TV为获得该时间，要在测量现场跟踪统计工人的接振时间内的等能量计权加速度，然后计算4h等能量计权加速度，最后跟振动标准5m/s2)比较，给出是否符合卫生标准的评价。,说明：以下内容为了方便，将测量时间测内的等能量计权加 速度计权加速度均方值直接说成是实际接振时间TV内的等能量计权加速度。,2. 实际情况1,假设工人只操作一种振开工具且完成一种性质的工作，这种情况只要获得一个“频率计权加速度均方根值便可计算4h等能量计权加速度，并给出评价结论见例A1。,注：工人用同一凿岩机风镐开凿水泥路面和开凿沥青路面那么不能称作同一,性质工作。,3. 情况2,假设工人操作多种工具或用同一工具完成不同性质的工作，那么要分别测量使用各种工具或完成不同性质工作时的“频率计权加速度均方根值，同时要统计使用各种工具或完成各种工作的接振时间Ti，最后再求4h等能量计权加速度值。,Ti第i个作业接振时间,T44小时,ahw)eqi第i个作业的等能量计权加速度计权加速度均方值,均方值,七、有关振动标准扩大材料,常用振动标准,1 ?机械振动与冲击 人体暴露于全身振动的评价 第1局部?:,GB/T 13441.1-2007,取代以下标准:,?人体全身振动环境的测量标准?GB/T 13441-1992,?人体全身振动暴露的舒适性降低界限和评价准那么?,GBT 1344292国家技术监视局1992/04/25批准,1992/12/01施行,2?人体手传振动的测量与评价方法 GB/T 14790-93?,国家技术监视局1993-12-28发布1994-10-01施行,3?手传振动测量标准?GB 11523-1989,4?作业场所局部振动卫生标准?GB10434-89,卫生部1989-02-24批准 19891001施行,5?手持式机械作业防振要求?GB/T17958-2000,6?手套掌部振动传递率的测量与评价?GB /T 1 8703-2002,eqv ISO 10819:1996国家质量监视检验检疫总局,7?职业性手臂振动病诊断标准?GBZ 7-2002,卫生部负责解释,8?工作场所有害因素职业接触限值?GBZ2-2002,卫生部负责解,9?住宅建筑室内振动限值及其测量方法标准?GB/T50355-2005,10?城市区域环境振动标准?GB 10070-88,?机械振动与冲击 人体暴露于全身振动的评价 第1局部?,本局部等同采用ISO 2631-1：1997E?机械振动与冲击 人体暴露于全身振动的评价 第1局部：一般要求?英文版。为便于使用，本局部做了如下编辑性修改： 用“本局部代替“1S。263l本局部；删除国际标准的前言；用小数点符号“代替作为小数点的“，；取消附录E，并把相应的内包容入本局部参考文献之中；对ISO 2631-1：1997E引用的其他国际标准，有被等同采用为我国标准的，用我国标准代替。对应的国际标准，其他那么直接引用国际标准。 本局部是对GBT13441-1992?人体全身振动环境的测量标准?和GB/T13442-1992?人体全身振动暴露的舒适性降低界限和评价准那么?的合并修订。本局部与GBT13441-1992和GBT13442-1992相比主要变化如下：本局部与1SO 2631-1：1997E的一致性程度为等同，而前一版本那么为非等效；本局部改为GBT13441系列标准的第1局部，并按ISO 2631-1：1997E补充了GBT13441-1992和GBT13442-1992中未纳入的局部；频率范围扩展到1 HZ以下，用基于均方根值加速度频率计权方法评价；增加了附录A：频率计权的数学定义；调整了术语和定义；取消了GBT13441-1992中振动的量级振级、等效连续均方根值、等效连续振级等概念；取消了GBT13441-1992中的测量报告；本局部不强调振动暴露界限，也不强调暴露时间的概念，取消了GBT13442-1992的表格及图中有关暴露时间的内容，但在增加的附录B、附录C和附录D中提供了振动影响评价指南；本局部不仅规定了振动对坐姿和立姿人体影响的相关测量及评价方法，而且也规定了振动对卧姿人体影响的相关测量及评价方法；在附录C中给出了振动对舒适与感知影响的评价指南。 本局部的附录A为标准性附录，附录B、附录C、附录D为资料性附录。,第三节 振动控制,一、振动控制方法,设 备,k,振源控制,阻尼减振,弹簧隔振,1改进设备设计，减少非平衡力，增加设备质量，降低设备自身振动；,2采用非弹性阻尼材料，如橡胶、沙子、石子等消耗吸收振动能量；,3采用弹簧，使振源与弹簧间不断交换振动能量但弹簧不能消耗振动,能量，减少由振源向周围传播振动能量。,振动控制,振源控制：减少迫振力；增大设备质量；其它,阻尼减振：橡胶、石子等材料,主动隔振：将振源与其它设备隔开；,弹性隔振,被动隔振：将设备与外来振动隔开。,二、转动设备强迫振动力计算,由于加工不可能百分百同轴和对称，转动时势必产生周期性非平衡力偏心力，该偏心力在某一方向如竖直方向的分力成为简谐强迫振动力F。,m,F,0,r,其中：m 转动部件质量,r 转动部件质心偏心间隔, 转动角速度,n 转速转/秒,1. 隔振后振源的振动描绘,经推导可得：,其中： 为强迫振动力角频率即设备转动角速度,k 弹簧弹性系数,0 系统固有角频率 ,三、弹性隔振原理,M,k,2. 振动力的传递,(1) 传至地面的振动力幅值：,(2) 振动力传递率(又称“传振系数),讨论：,不同情况传递力大小,弹簧,传递力,远小于1,“硬”,略大于,迫振力,1.0,共振，传递力急剧放大,1,传递力大于迫振力,传递力等于迫振力,大于,“软”,传递力小于迫振力,传振系数T,1.0,1.0,说明：,只有当 时，弹簧才能起到隔振作用，且弹簧越软弹性系数越小，隔振效果越好。但弹簧太软，稳定性会差，隔振效果与稳定性二者要兼顾。,例题：,电机质量m,机,160kg，转速n=1200r/min，电机旋转,偏心力F=300N。为减振将电机固定在m,台,240kg水,泥平台上，然后置于4个弹簧之上，请设计选择弹簧的,弹性系数k，然后计算传递到地面的振动力F,T0,。,解： 系统的固有振动角频率：,3. 软隔振后振源振动情况分析,随着弹簧弹性系数减小，振源的振幅也会减小，同理可得，振动加速度也会减小！？,1. 隔振原件：,四、振动控制材料与原件,谢谢观赏,