3. ВЛИЯНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ТЕХНИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ И ЧЕЛОВЕКА

Рассмотрим, как влияют механические воздействия на различные технические объекты (машины, приборы, аппараты) и человека.

1. Действие линейных перегрузок эквивалентно статическому нагружению объекта. Статические нагрузки должны учитываться при расчете объекта на прочность. В некоторых случаях, главным образом при наличии в объекте соединений с силовым замыканием, действие линейной перегрузки может вызвать нарушение нормального функционирования системы (размыкание пружины электрических контактов, ложные срабатывания релейных устройств и т. п.).

2. Наиболее опасными для технических объектов оказываются вибрационные воздействия. Знакопеременные напряжения, вызванные вибрационными воздействиями, приводят к накоплению повреждений в материале, что вызывает появление усталостных трещин и разрушение.

Кроме усталостных разрушений в механических системах наблюдаются и другие явления, вызываемые вибрационными воздействиями. Например, эти воздействия приводят к постепенному ослаблению («разбалтыванию») неподвижных соединений. Вибрационные воздействия вызывают малые относительные смещения сопряженных поверхностей в соединениях деталей машин, при этом происходит изменение структуры поверхностных слоев сопрягаемых деталей, их износ и, как результат, уменьшение силы трения в соединении, что вызывает изменение диссипативных свойств объекта, смещает его собственные частоты и т. п.

Если в объекте имеются подвижные соединения с зазорами (например, кинематические пары в механизмах), вибрационные воздействия могут вызвать соударения сопрягаемых поверхностей, приводящие к их разрушению.

В большинстве случаев разрушение объекта при вибрационных воздействиях связано с возникновением резонансных явлений. Поэтому при полигармонических воздействиях наибольшую опасность представляют те гармоники, которые могут вызвать резонанс объекта, в связи с этим лабораторные испытания объектов на вибропрочность часто проводят при гармонических воздействиях в резонансных режимах. В сложных объектах, обладающих ширгосим спектром собственных частот, возможно одновременное возбуждение нескольких резонансных режимов при действии полигармонического возмущения. Поэтому для таких объектов замена полигармонического воздействия гармоническим недопустима.

3. Ударные воздействия также могут явиться причиной разрушения объекта. Часто повреждения, вызываемые ударом, носят характер хрупких разрушений. Однако многократные удары могут приводить и к усталостным разрушениям, особенно в тех случаях, когда периодическое ударное воздействие оказывается способным вызвать резонансные колебания объекта.

4. Вибрационные и ударные воздействия, не вызывая разрушений объектов, могут приводить к нарушению их нормального функционирования. Это свойство механических воздействий проявляется в разнообразных формах.

Приведем некоторые характерные примеры

Вибрации металлорежущих станков и другого технологического оборудования, вызванные действием различных источников, приводят к снижению точности и чистоты обработки, а также и к другим нарушениям технологических процессов.

Вибрации корпуса электрического прибора или аппарата могут привести к разнообразным нарушениям его работы Например, может произойти нарушение контактных соединений, замыкание неизолированных проводов и т. п.

Высокочастотные воздействия возбуждают колебания электродов и сеток электронных ламп. Это явление, называемое микрофонным эффектом, приводит к нарушению нормального функционирования соответствующих приборов.

Механические воздействия существенно влияют на точность приборов, устанавливаемых в системах управления движением и служащих для измерения параметров движения. Под действием вибраций и ударов резко увеличивается «уход» гироскопических приборов, а следовательно, и ошибка измерений, производимых этими приборами. Приборы, содержащие измерительное устройство маятникового типа, обнаруживают склонность к смещению нулевого положения под действием вибрации.

Нарушение функционирования объекта, не связанное с разрушениями или с другими необратимыми изменениями, называется отказом,

Таким образом, механические воздействия могут вызвать как разрушения, так и отказы машин, приборов и аппаратов. Способность объекта не разрушаться при механических воздействиях называется вибропрочностью, а способность нормально функционировать — виброустойчивостью. Цель виброзащиты технических объектов — повышение их вибропрочиости и виброустойчивости.

5. Вибрация, возникающая при работе машин различных типов и оборудования, влияет не только на технические объекты, но и на людей, находящихся вблизи источника вибрации или в непосредственном контакте с ним. Длительное воздействие вибрации нарушает нормальное состояние человека, непосредственно влияет на производительность труда и качество выполняемой работы. Различают вредные нарушения физиологического и функционального состояния человека-оператора, вызываемые вибрацией. Стойкие вредные физиологические изменения называются вибрационной болезнью. К симптомам вибрационной болезни относятся головная боль, онемение пальцев рук, боли в кистях и предплечье, возникновение судорог, смещение порогов болевой чувствительности, повышение чувствительности к охлаждению, появление бессоницы. При вибрационной болезни возникают патологические изменения спинного мозга, сердечно-сосудистой системы, костных тканей и суставов, изменяется капиллярное кровообращение. Функциональные нарушения, связанные с действием вибрации на человека-оператора, могут выражаться в ухудшении зрения, изменении реакции вестибулярного аппарата (нарушение координации движений; возникновение галлюцинаций, относящихся к ориентации тела и т. п.), а также в более быстрой утомляемости.

В первую очередь вибрация оказывает вредиое влияние на рабочих, использующих ручные механизированные инструменты, на персонал, обслуживающий вибрационные машины (виброгрохоты, вибромолоты, виброштамповки, вибропогружатели свай, труб, шпунтов и т. п., виброконвейеры внброкатки, виброуплотиители, вибросепараторы, вибраторы жидкого металла, средства вибрационной очистки, глубинные вибраторы, вибрационные мельницы и т. п.), а также многие строительные дорожные и сельскохозяйственные машины (бульдозеры, грейдеры, скреперы, тракторы, комбайны и т. д.).

В несколько меньшей степени действие вибрации обычно испытывает персонал, связанный с работой машии и механизмов, содержащих неуравновешенные движущиеся элементы, а также с работой всех видов транспортных средств В перечисленных случаях возникает необходимость ограничения вредного воздействия вибрации на человека.

Допустимые для человека динамические воздействия регламентируются санитарными нормами и правилами. Эти нормы подразделяют по признаку особенностей рабочей позы и в зависимости от способа передачи вибрации телу человека. Имеются нормы воздействий для оператора, использующего ручной механизированный инструмент; для сидящего человека (операторы транспортных средств, строительных, дорожных машин и т. п.); для стоящего человека (операторы, находящиеся вблизи источника вибрации) и т. п.

Создание эффективных методов и средств индивидуальной и комплексной виброзащиты человека-оператора является одной из важнейших технико-экономических и социальных задач современной техники.