6-4. Drgania mechaniczne (wibracje)            
     

    Danuta Koradecka
    Jolanta Koton
    Adam Lipowczan
    Piotr Kowalski

       6-4.1. Wprowadzenie
        Drgania określane są w fizyce jako zjawiska, w których wielkości fizyczne charakterystyczne dla tych zjawisk są zmienne w funkcji czasu. Węższym pojęciem są drgania mechaniczne definiowane jako ruch cząstek ośrodka sprężystego względem położenia równowagi. Drgania mechaniczne mogą więc rozprzestrzeniać się zarówno w ośrodkach gazowych, ciekłych, jak i stałych. W tej klasie zjawisk dla potrzeb ochrony środowiska pracy wyodrębniono drgania mechaniczne rozprzestrzeniające się w ośrodkach stałych, nazywane często wibracjami,  (6-4. slajd 1).

         (6-4. slajd 1)

         (6-4. slajd 1)

        W pewnych przypadkach drgania mechaniczne w mogą być wykorzystywane jako czynnik roboczy, celowo wprowadzany w celu realizacji określonych procesów technologicznych, np. rozdrabniania, separacji, zagęszczania materiałów, oczyszczania i mielenia, a także do kruszenia materiałów, wiercenia, drążenia i szlifowania. Drgania mechaniczne mogą być często cennym źródłem informacji wykorzystywanych w diagnostyce wibroakustycznej maszyn i urządzeń. Na podstawie analizy sygnału drganiowego możliwe jest przeprowadzenie oceny stanu technicznego maszyny i jakości jej wykonania. Najczęściej jednak drgania mechaniczne mają negatywny wpływ na prawidłowe działanie maszyn i urządzeń powodując ich uszkodzenia oraz zmniejszają ich trwałość i niezawodność, wpływają też niekorzystnie na konstrukcje i budowle. Ich destrukcyjne działanie obejmuje także duże konstrukcje (np. mosty, wiadukty). Drgania mechaniczne przenoszone drogą bezpośredniego kontaktu z drgającym źródłem do organizmu człowieka mogą wywierać ujemny wpływ na zdrowie pracowników i doprowadzać do trwałych nieodwracalnych zmian chorobowych. W aspekcie ochrony i bezpieczeństwa człowieka w środowisku pracy, drgania mechaniczne są czynnikiem fizycznym, który należy eliminować lub przynajmniej ograniczać  (6-4. slajd 2).

         (6-4. slajd 2)

         (6-4. slajd 2)

        Celem niniejszego opracowania jest scharakteryzowanie zagrożenia powodowanego drganiami mechanicznymi występującymi w środowisku pracy w odniesieniu do człowieka (z pominięciem wpływu drgań na stan maszyn i urządzeń czy konstrukcji budowlanych).

       6-4.2. Podział drgań mechanicznych i ich źródła w środowisku pracy

        Drgania mechaniczne można sklasyfikować w różnoraki sposób w zależności od przyjętych kryteriów. Rodzaj niekorzystnych zmian w organizmie człowieka będących następstwem zawodowej ekspozycji na drgania oraz szybkość powstawania tych zmian zależą w istotnym stopniu od miejsca wnikania drgań do organizmu. W środowisku pracy rozróżniane są dwa rodzaje drgań mechanicznych:  6-4. slajd 3.

         6-4. slajd 3

         6-4. slajd 3

        • drgania o działaniu ogólnym, przenikające do organizmu człowieka przez jego nogi, miednicę, plecy lub boki (drgania ogólne)
        • drgania działające na organizm człowieka przez kończyny górne (drgania miejscowe).

         (6-4. slajd 4)

         (6-4. slajd 4)

         (6-4. slajd 4)

        ,  (6-4. slajd 5)

         (6-4. slajd 5)

         (6-4. slajd 5)

        Klasyfikacja drgań mechanicznych na drgania ogólne i miejscowe jest najbardziej istotna z punktu widzenia oceny narażenia człowieka na drgania w środowisku pracy. Od rodzaju drgań, na które eksponowany jest pracownik, zależy reakcja jego organizmu. Dlatego też wartości dopuszczalne ustalone ze względu na ochronęzdrowia inne są dla drgań o działaniu ogólnym i dla drgań o działających na organizm przez kończyny górne.

        Uwzględniając oba rodzaje drgań mechanicznych, źródła drgań w środowisku pracy można podzielić również na dwie grupy tj,:

        • ródła drgań o działaniu ogólnym  (6-4. slajd 5)

           (6-4. slajd 5)

           (6-4. slajd 5)

           (6-4. slajd 6)


           (6-4. slajd 6)

           (6-4. slajd 6)

          ,  (6-4. slajd 7)


           (6-4. slajd 7)

           (6-4. slajd 7)

        • źródła drgań działających przez kończyny górne  (6-4. slajd 8)


           (6-4. slajd 8)

           (6-4. slajd 8)

          ,  (6-4. slajd 9).


           (6-4. slajd 9).

           (6-4. slajd 9).

        Źródłami drgań dziaoaniu ogólnym są np.:

        • podłogi, podesty, pomosty w halach produkcyjnych i innych pomieszczeniach, na których zlokalizowane są stanowiska pracy. Pierwotnymi źródłami drgań są w tym przypadku eksploatowane w pomieszczeniach lub poza nimi maszyny oraz urządzenia stacjonarne, przenośne lub przewoźne, które wprawiają w drgania podłoże, na którym przebywa operator. Przyczyną drgań podłoża może też być ruch uliczny lub kolejowy,
        • platformy,
        • siedziska i podłogi środków transportu (samochodów, ciągników, autobusów, tramwajów, trolejbusów oraz pojazdów kolejowych, statków, samolotów itp.),
        • siedziska i podłogi maszyn samojezdnych (np. do robót ziemnych, fundamentowania, zagęszczania gruntów).

        Źródłami drgań oddziałujących na organizm człowieka przez kończyny górne są głównie:

        • ręczne narzędzia wibracyjne o napędzie pneumatycznym, hydraulicznym, spalinowym lub elektrycznym (młotki pneumatyczne, ubijaki mas formierskich i betonu, nitowniki, wiertarki udarowe, klucze udarowe itp.),
        • ręczne narzędzia obrotowe o napędzie elektrycznym, pneumatycznym, hydraulicznym lub spalinowym (wiertarki, szlifierki, a także piły łańcuchowe itp.),
        • dźwignie sterujące maszyn i pojazdów obsługiwane rękami,
        • źródła technologiczne (np. obrabiane elementy trzymane w dłoniach lub prowadzone ręką np. przy procesach szlifowania, gładzenia, polerowania itp.).

        Przykłady zawodowej ekspozycji na drgania przedstawiono na foliach  6-4. slajd 7

         6-4. slajd 7

         6-4. slajd 7

        i  6-4. slajd 9


         6-4. slajd 9

         6-4. slajd 9

        Niektóre narzędzia ręczne zaliczane do typowych źródeł drgań miejscowych (np. młoty, pilarki) mogą generować drgania o bardzo dużej amplitudzie, które przenoszone są wtedy przez barki na tułów i głowę. Może to w konsekwencji doprowadzić do wzbudzenia drgań rezonansowych narządów wewnętrznych. W przypadku m.in. młotów i ubijaków drgania mogą być także transmitowane przez obrabiane podłoże do stóp operatora. Takie narzędzia ręczne stają sie wtedy również źródłami drgań o działaniu ogólnym.
       6-4.3. Skutki oddziaływania drgań mechanicznych na organizm
                   człowieka

         

         6-4.3.1. Drgania działające przez kończyny górne

          Narażenie na drgania mechaniczne przenoszone do organizmu przez kończyny górne powoduje głównie zmiany chorobowe w układach:

          • krążenia krwi (naczyniowym),
          • nerwowym,
          • kostno-stawowym.

          Badania epidemiologiczne wykazały ścisły związek przyczynowy między występowaniem u pracowników zmian chorobowych w wymienionych układach a warunkami pracy. Stąd zespół tych zmian, zwany zespołem wibracyjnym, został uznany w wielu krajach, w tym również w Polsce, za chorobę zawodową.

          Według danych statystycznych zespół wibracyjny stanowi w Polsce 0,5% wszystkich rejestrowanych chorób. Rzeczywista liczba przypadków tej choroby może być znacznie wieksza ze względu na ograniczoną w tym obszarze diagnostyke medyczną. zawodowych i znajduje się na 1pozycji listy tych chorób

          Zespół wibracyjny może mieć postać naczyniową, kostno stawową lub mieszaną [6, 7, 8, 9]. Do niedawna najczęściej rejestrowaną postacią zespołu wibracyjnego była tzw. postać naczyniowa, charakteryzująca się napadowymi zaburzeniami krążenia krwi w palcach rąk. Występujące wówczas napadowe skurcze naczyń krwionośnych objawiają się blednięciem opuszki jednego lub kilku palców. Stąd pochodzi jedno z potocznych określeń tej postaci zespołu wibracyjnego - „choroba białych palców”. W ostatnich latach coraz częściej rozpoznawane są zmiany w układzie kostno-stawowym ręki powstające głównie na skutek działania drgań o częstotliwościach mniejszych od 30 Hz. Obserwuje się m.in. zniekształcenia szpar stawowych, zwapnienia torebek stawowych, zmiany okostnej, zmiany w utkaniu kostnym. ( 6-4. slajd 10

           6-4. slajd 10

           6-4. slajd 10

          ,  6-4. slajd 11


           6-4. slajd 11

           6-4. slajd 11

          ,  6-4. slajd 12,)




           6-4. slajd 12

           6-4. slajd 12

          Zmiany w układzie nerwowym powstałe na skutek działania drgań przez kończyny górne to głównie zaburzenia czucia dotyku, wibracji, temperatury, a także dolegliwości w postaci drętwienia czy mrowienia palców i rąk. Jeżeli narażenie na drgania jest długotrwałe, zmiany pogłębiają się, prowadząc do obniżenia zdolności do pracy i innych czynności życiowych.

          Zmiany w układzie kostno-stawowym ręki powstają głównie na skutek drgań o częstotliwościach mniejszych od 30 Hz. Obserwuje się m.in. zniekształcenia szpar stawowych, zwapnienia torebek stawowych, zmiany okostnej, zmiany w utkaniu kostnym.

          Na drgania mechaniczne działające na organizm człowieka przez kończyny górne narażeni są głównie operatorzy ręcznych narzędzi mechanicznych z napędem, szczególnie narzędzi wibracyjnych. stosowanych powszechnie w przemyśle maszynowym, hutniczym, stoczniowym, przetwórczym, a także w leśnictwie, rolnictwie, kamieniarstwie, górnictwie i budownictwie. Obszar potencjalnego zagrożenia pracowników tym rodzajem drgań jest bardzo rozległy.

         6-4.3.2. Drgania o oddziaływaniu ogólnym

          Negatywne skutki zawodowej ekspozycji na drgania o działaniu ogólnym dotyczą zwłaszcza:

          • układu kostnego,
          • narządów wewnętrznych człowieka.

          W układzie kostnym chorobowe zmiany powstają głównie w odcinku lędźwiowym kręgosłupa, rzadziej w odcinku szyjnym. Zespół bólowy kręgosłupa będący następstwem zmian chorobowych, a występujący u osób narażonych zawodowo na drgania ogólne został uznany w niektórych krajach (np. w Belgii i w Niemczech) za chorobę zawodową, podobnie jak zespół wibracyjny będący następstwem działania drgań miejscowych.

          Niekorzystne zmiany w narządach wewnętrznych, pojawiające się na skutek działania drgań ogólnych, są głównie wynikiem pobudzenia poszczególnych narządów do drgań rezonansowych (częstotliwości drgań własnych większości narządów zawierają się w zakresie 2 - 18 Hz. Oznacza to, że drgania ogólne o częstotliwościach z tego zakresu i wartościach przyspieszeń przekraczających określoną wartość progową mogą wywołać drgania narządów o niebezpiecznej amplitudzie, co z kolei może doprowadzić do pojawienia się zaburzeń w ich czynnościach - krwotoków wewnętrznych, wybroczyn a w skrajnych przypadkach nawet - do mechanicznego rozerwania narządów.

           6-4. slajd 13

           6-4. slajd 13

          Najlepiej udokumentowane są niekorzystne zmiany w czynnościach narządów układu pokarmowego, w tym głównie żołądka i przełyku. Badania dużych grup narażonych zawodowo na drgania ogólne wskazują jednak, że zaburzenia występują również m.in. w narządzie przedsionkowo-ślimakowym, narządach układu rozrodczego , narządach klatki piersiowej, narządach jamy nosowo-gardłowej.

          Na drgania mechaniczne o ogólnym działania na organizm są narażeni przede wszystkim kierowcy, motorniczowie, maszyniści, operatorzy maszyn budowlanych i drogowych. W tych przypadkach drgania są przenoszone do organizmu z siedzisk pojazdów przez miednicę, plecy i boki. Należy jednak pamiętać, że zawodowa ekspozycja na drgania ogólne często dotyczy też pracowników w pozycji stojącej obsługujących maszyny i urządzenia stacjonarne eksploatowane w różnych pomieszczeniach pracy. W takim przypadku drgania przenikają do organizmu pracownika przez jego stopy z drgającego podłoża, na którym usytuowane jest stanowisko pracy, a skutki działania tych drgań są podobne jak drgań transmitowanych z siedzisk.

          Opisanym wyżej skutkom biologicznym oddziaływania drgań miejscowych i ogólnych na organizm człowieka, towarzyszą zazwyczaj tzw. skutki funkcjonalne. Zalicza się do nich m.in.:

          • zwiększenie czasu reakcji ruchowej,
          • zwiększenie czasu reakcji wzrokowej,
          • zakłócenia w koordynacji ruchów,
          • nadmierne zmęczenie,
          • bezsenność,
          • rozdrażnienie,
          • osłabienie pamięci.

          Niekorzystne zmiany funkcjonalne prowadzą do obniżenia efektywności i jakości wykonywanej pracy, a czasami w ogóle ją uniemożliwiają.

          Wg danych statystycznych GUS z ostatnich lat liczba osób zatrudnionych w Polsce w warunkach narażenia na drgania wynosi ok. 13 tys. Liczba ta nie obejmuje jednak osób samo zatrudnionych stanowiących dużą część pracowników. W warunkach zagrożenia drganiami, tj. przy przekroczonych wartościach dopuszczalnych, ustalonych ze względu na ochronę zdrowia, pracuje wg GUS ok. 4 % zatrudnionych.

          Uwzględniając powszechność występowania drgań mechanicznych w środowisku pracy oraz wynikające z tego skutki  (6-4. slajd 12), konieczne są pomiary tego czynnika na stanowiskach pracy, w celu oceny zawodowego ryzyka utraty zdrowia wynikającego z ekspozycji na drgania oraz podejmowanie działań ograniczających występujące ryzyko.

           (6-4. slajd 12)

           (6-4. slajd 12)

           6-4. slajd 14

           6-4. slajd 14

       6-4.4. Podstawowe wielkości charakteryzujące drgania mechaniczne, wyznaczane na stanowiskach pracy

        Podstawowymi wielkościami stosowanymi do opisu amplitudy drgań mechanicznych są:

        • przemieszczenie (wychylenie) drgań,
        • prędkość drgań,
        • przyspieszenie drgań.

        Do oceny wpływu drgań mechanicznych na organizm człowieka w środowisku pracy wykorzystywane jest przyspieszenie drgań, które wydaje się najlepiej charakteryzować drgania od strony energetycznej; przy pomocy tej wielkości określone zostały wartości kryterialne (dopuszczalne) ze względu na ochronę zdrowia.. W dalszej części opracowania drgania mechaniczne będą rozpatrywane przy uwzględnieniu tej właśnie wielkości.

         (6-4. slajd 15)

         (6-4. slajd 15)

        Sygnał drganiowy może zawierać jedną składową o określonej częstotliwości (drgania sinusoidalne), lecz w praktyce najczęściej występują drgania złożone z wielu składowych sinusoidalnych lub nawet stanowiące sumę nieskończonej ich liczby. W najprostszym przypadku drgań sinusoidalnych ( 6-4. slajd 16) chwilowa wartość przyspieszenia drgań określona jest zależnością:

         6-4. slajd 16

         6-4. slajd 16

                      (1)

        w której:

          apeak - maksymalna wartość przyspieszenia (wartość szczytowa), w m/s2

          t - czas, w s

          T - okres drgań, w s

          f = 1/T - częstotliwość, w Hz.

         (6-4. slajd 17)

         (6-4. slajd 17)

        Najczęściej stosowaną miarą amplitudy drgań jest:

        • wartość skuteczna przyspieszenia drgań aRMS, w m/s2, określona zależnością:

                        (2)

      W niektórych wypadkach określa się:

        • wartość średnią przyspieszenia drgań aśr, w m/s2, określoną zależnością:

                        (3)

        Wymienione miary przyspieszenia służą do analizy drgań w funkcji czasu. Do pełnego ilościowego i jakościowego opisu drgań złożonych konieczna jest także ich analiza częstotliwościowa. Rozkładanie drgań złożonych na drgania składowe o różnych częstotliwościach nazywane jest analizą widmową. Analiza widmowa prowadzi do określenia widma drgań definiowanego jako zbiór

        Przy identyfikacji i ocenie wpływu drgań na organizm człowieka wykonana jest czasami dodatkowo analiza widmowa drgań. Stosowaną wówczas miarą amplitudy drgań jest:

        • wartość skuteczna przyspieszenia drgań w pasmach częstotliwości (np. oktawowych, tercjowych); zbiór tych wartości stanowi widmo drgań.

        Reakcja organizmu człowieka na drgania mechaniczne zależy od wielu czynników, w tym również od widma sygnału drgań występujących na danym stanowisku pracy. Zróżnicowaną reakcję organizmu na drgania w zależności od ich częstotliwości uwzględnia się przez wprowadzenie korekcji (filtrowania) amplitudy drgań. Uzyskiwana jest wtedy:

        • wartość skuteczna przyspieszenia drgań skorygowana w dziedzinie częstotliwości w m/s2.

        Filtry korekcyjne przepuszczają składowe drgań, na które organizm człowieka jest najbardziej wrażliwy, natomiast odpowiednio tłumią składowe o częstotliwościach, uznawanych za mniej szkodliwe. W filtry korekcyjne powinien być wyposażony każdy miernik przeznaczony do pomiarów drgań na stanowiskach pracy.

        Drgania występujące na stanowisku pracy i przenoszone do organizmu pracownika są zawsze odnoszone do prawoskrętnego, prostokątnego układu współrzędnych (x, y, z). Może to być układ związany z geometrią ciała człowieka lub jego części, lub też związany z geometrią budynku, pomieszczenia, stanowiska pracy czy narzędzia. Stosowane układy odniesienia są podane w normie PN-EN ISO 5349-1oraz pośrednio, w PN-EN 14253+A1. Wszystkie wymienione miary przyspieszenia drgań odnosi się w każdym przypadku do konkretnego kierunku, - określane są poszczególne składowe kierunkowe (x,y,z) przyspieszenia drgań.

         (6-4. slajd 20)

         (6-4. slajd 20)

        Skorygowane wartości skuteczne przyspieszenia drgań poszczególnych składowych kierunkowych x, y, z, zmierzone na stanowisku pracy (z zastosowaniem odpowiednich filtrów korekcyjnych, stanowią podstawę do wyznaczenia charakterystycznych wielkości, niezbędnych do oceny narażenia pracownika na drgania. Są to następujące wielkości:
        • dzienna ekspozycja (odniesiona do 8 godzin ),
        • ekspozycja krótkotrwała (trwająca 30 min lub krócej),

      przy czym w zależności od rodzaju drgań (ogólne czy działające przez kończyny górne), różny jest sposób ich wyznaczania.

      W warunkach rzeczywistych pracownik w ciągu dnia pracy może wykonywać wiele czynności lub operacji w narażeniu na drgania, przy czym podczas wykonywania poszczególnych czynności lub operacji amplituda generowanych drgań może być różna. Wówczas, na takim stanowisku pracy, pomiary drgań należy wykonać dla każdej czynności lub operacji oddzielnie a następnie uwzględnić je wszystkie w obliczeniach dziennej ekspozycji. Jest to najczęściej niezbędne do oceny narażenia pracownika na drgania na stanowisku pracy, gdyż ustalone dla drgań wartości dopuszczalne są odniesione do 8-godzinnego narażenia na drgania w ciągu dnia pracy. Aby wyznaczyć dzienną ekspozycję na drgania, należy nie tylko zmierzyć drgania na danym stanowisku podczas wszystkich czynności wykonywanych w narażeniu na drgania, lecz także określić czas narażenia pracownika na zmierzone przy tych czynnościach drgania, lub inaczej mówiąc, czas trwania tych czynności. Narażenie na drgania na stanowisku pracy jest bardzo silnie uzależnione od czasu ich oddziaływania na pracownika podczas wykonywania danej czynności, ti , w h lub min. W praktyce zdarzają się niekiedy sytuacje, że czas trwania jednej lub wielu czynności wykonywanych w ciągu dnia pracy w narażeniu na drgania jest krótki, ale ich amplituda jest bardzo duża. Dla takich przypadków, w celu ochrony zdrowia pracowników, ustalono dodatkową wartość dopuszczalną w postaci wartości dopuszczalnej ekspozycji krótkotrwałej. Dotyczy to sytuacji, gdy całkowity czas narażenia pracownika na drgania w ciągu doby, te, będący sumą czasów trwania ti poszczególnych i-tych czynności, jest równy 30 min lub krótszy (te < 30 min) albo gdy te> 30 min, lecz choć jeden czas ti jest równy 30 min lub krótszy.

      Wartości ekspozycji służące do oceny narażenia pracownika na drgania wyznaczane są w następujący sposób:

      W odniesieniu do drgań działających przez kończyny górne, na podstawie zmierzonych trzech składowych drgań: ahwx,i; ahwy,i; ahwz,i dla każdej wyodrębnionej czynności obliczana jest wartość sumy wektorowej skutecznych skorygowanych przyspieszeń drgań ah,v,i wg wzoru (4):

      (4)


        gdzie:

        ahwx,i; ahwy,i; ahwz,i - skuteczne wartości skorygowane przyspieszenia drgań, zmierzone dla kierunku x, y i z na stanowisku pracy przy wykonywaniu i-tej czynności w narażeniu na drgania, w m/s2.

        Określa się także całkowity czas narażenia pracownika na drgania w ciągu doby, t (w min) będący sumą czasów trwania ti (w min) poszczególnych -tych czynności, ze wzoru (5):

        (5)

        gdzie: n- liczba czynności wykonywanych w narażeniu na drgania na kontrolowanym stanowisku pracy.

         (6-4. slajd 21)

         (6-4. slajd 21)

        W zależności od długości wyznaczonego całkowitego czasu narażenia pracownika na drgania w ciągu doby te, przeprowadzane są następujące obliczenia:
        • gdy określony czas całkowity t jest równy lub krótszy niż 30 min (t <= 30 min), dla kontrolowanego stanowiska pracy, spośród n wyznaczonych sum wektorowych wybierana jest maksymalna wartość sumy wektorowej skutecznych, skorygowanych przyspieszeń drgań ah, v, max, w m/s2, wg wzoru (6):


        (6)

         

        gdzie:

        ahvi- jak we wzorze (4),

        n - jak we wzorze (5).

      • ekspozycja na drgania, A(8) w m/s2, wg wzoru (7):

        • (7)

        gdzie:

        ah,vi - suma wektorowa skutecznych, skorygowanych przyspieszeń drgań, wyznaczona dla i–tej czynności wykonywanej w narażeniu na drgania ze wzoru 1, w m/s2,

        i - numer kolejnej czynności wykonywanej w narażeniu na drgania,

        ti - czas trwania i-tej czynności wykonywanej w narażeniu na drgania, w minutach,

        n- liczba czynności wykonywanych w narażeniu na drgania na kontrolowanym stanowisku pracy,

        T- 480 min.

      • gdy określony czas całkowity t jest dłuższy niż 30 min lecz jedna lub więcej czynności trwało krócej (lub równo) niż 30 min (t > 30 min ale ti <= 30 min ), wyznaczana jest 8-godzinna ekspozycja na drgania A(8) wg wzoru (4) oraz dodatkowo, spośród sum wektorowych wyznaczonych dla czynności o czasie trwania krótszym lub równym 30 min ( ti <= 30 min), wybierana jest suma wektorowa o największej wartości ah,v,max wg wzoru (6).

        Wielkości charakteryzujące drgania działające ogólnie wyznaczane są w nieco inny sposób. Zamiast wartości sumy wektorowej (jak w przypadku drgań miejscowych) wyznaczana jest tzw. wartość dominującego skorygowanego przyspieszenia drgań – największa wartość skorygowanego przyspieszenia drgań wybierana spośród trzech składowych kierunkowych przyspieszeń, a więc w rzeczywistości jedna składowa kierunkowa. Na jej podstawie, w zależności od długości wyznaczonego całkowitego czasu narażenia pracownika na drgania w ciągu doby t, przeprowadzane są następujące obliczenia:

      • gdy określony czas całkowity t jest równy lub krótszy niż 30 min (t <= 30 min), dla kontrolowanego stanowiska pracy wybierana jest wartość dominują aw,max, spośród n wyznaczonych skutecznych, ważonych przyspieszeń drgań aw,li, z uwzględnieniem właściwych współczynników (1,4awx, 1,4awy, awz) w m/s2, wg wzoru (8):

        (8)

        • gdzie:

        aw,li- skuteczne wartości ważone przyspieszenia drgań, zmierzone dla kierunku l (l=x lub l=y lub l=z) na stanowisku pracy przy wykonywaniu i-tej czynności w narażeniu na drgania, w m/s2,

        n- jak we wzorze (2).

      • jeśli określony czas całkowity t jest dłuższy niż 30 min (t >30 min) wyznaczana jest dla każdego kierunku l (l=x lub l=y lub l=z) oddzielnie 8-godzinna ekspozycja, A(8) w m/s2, wg wzoru (9):


        • (9)

        gdzie:

        aw,il- jak we wzorze 8,

        ti - czas trwania i-tej czynności wykonywanej w narażeniu na drgania, w minutach,

        n- liczba czynności wykonywanych w narażeniu na drgania na kontrolowanym stanowisku pracy,

        T- 480 min,

        l - kierunek (l=x lub l=y lub l=z)

        kl- współczynnik kierunkowy, kx=ky=1,4 dla kierunków x i y; kz = 1 dla kierunku z

         

         (6-4. slajd 22)

         (6-4. slajd 22)

      • gdy określony czas całkowity t jest dłuższy niż 30 min lecz jedna lub więcej czynności trwało krócej (lub równo) niż 30 min (t > 30 min ale < ti= 30 min ), wyznaczana jest 8-godzinna ekspozycja, A(8) w m/s2, wg wzoru (9) oraz dodatkowo, spośród n wyznaczonych skutecznych, ważonych przyspieszeń drgań, aw,li dla czynności trwających krócej lub równo 30 min (ti <= 30 min), wybierana jest wartość dominującą aw,max wg wzoru (8).

        Ocena narażenia pracownika (z uwzględnieniem jego ewentualnej przynależności do takich grup jak młodociani czy kobiety w ciąży [15,16]) na drgania mechaniczne polega na porównaniu wartości wyznaczonych wielkości charakteryzujących drgania z określonymi w przepisach odpowiednimi wartościami dopuszczalnymi:

      • Narażenie na drgania działające przez kończyny górne oceniane jest poprzez porównanie 8-godzinnej ekspozycji na drgania, A(8) z wartością dopuszczalną A(8)dop i/lub maksymalnej wartości sumy wektorowej skutecznych, skorygowanych przyspieszeń ah,v,max drgań z wartością dopuszczalną ahv,30min,dop;

      • Narażenie na drgania działające w sposób ogólny oceniane jest poprzez porównanie 8-godzinnej ekspozycji na drgania (wyznaczonej dla dominującej składowej kierunkowej przyspieszenia drgań), Al(8) z wartością dopuszczalną A(8) i/lub wartości dominującej aw,max z wartością dopuszczalną aw,30min,dop

       6-4.5. Kryteria oceny drgań mechanicznych na stanowiskach  pracy - wartości dopuszczalne

        Drgania mechaniczne zaliczane są do czynników potencjalnie szkodliwych w środowisku pracy, dlatego też ustalono dla nich wartości dopuszczalne (NDN). Gdy wartości NDN nie są przekroczone (w ciągu 8-godzinnego, dobowego i tygodniowego wymiaru czasu pracy, określonego w kodeksie pracy), przez okres aktywności zawodowej pracownika, drgania nie powinny spowodować ujemnych zmian w jego stanie zdrowia oraz w stanie zdrowia jego przyszłych pokoleń.

        Najwyższe dopuszczalne natężenia (NDN) drgań mechanicznych, zarówno działających na człowieka przez kończyny górne, jak też o działaniu ogólnym, są określone poprzez dopuszczalne ekspozycje na drgania. W przypadku drgań działających przez kończyny górne (drgań miejscowych), wartość dziennej ekspozycji odniesiona do 8 godzin A(8) wyrażona jest jako równoważna dla 8h wartość sumy wektorowej skutecznych, skorygowanych częstotliwościowo wartości przyspieszenia drgań, wyznaczonych dla trzech składowych kierunkowych ahwx, ahwy, ahwz.

        WW przypadku zaś drgań działających w sposób ogólny (drgań ogólnych), dzienna ekspozycja A(8) wyrażona jest jako równoważna dla 8h wartość przyspieszenia drgań, obliczona jako dominująca (największa) skuteczna wartość skorygowanego częstotliwościowo przyspieszenia drgań, spośród wyznaczonych wartości trzech składowych kierunkowych z uwzględnieniem właściwych współczynników 1,4awx, 1,4awy, awz  (6-4. slajd 19)

         (6-4. slajd 19)

         (6-4. slajd 19)

        ,  (6-4. slajd 20)


         (6-4. slajd 20)

         (6-4. slajd 20)

        Podano je w Rozporządzeniu Ministra Rodziny, Pracy i Polityki Społecznej w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy (NDN) [14] .

        W wypadku drgań działających na organizm człowieka przez kończyny górne:

        • wartość dziennej ekspozycji A(8) nie powinna przekraczać 2,8 m/s2.
        • wartość ekspozycji krótkotrwałej (trwającej 30 minut i krócej) ahv,30min nie powinna przekraczać 11,2 m/s2.

        W wypadku drgań o działaniu ogólnym na organizm człowieka:

        • Wartość dziennej ekspozycji A(8) nie powinna przekraczać 0,8 m/s2.

        • Wartość ekspozycji krótkotrwałej (trwającej 30 minut i krócej) aw,30min nie powinna przekraczać 3,2 m/s2.

       6-4.6. Pomiary drgań mechanicznych i ocena narażenia

        Zasady wykonywania pomiarów drgań na stanowiskach pracy są podane w normach: PN-EN ISO 5349 – 1:2004 [17], PN-EN ISO 5349 – 2:2004 [18], PN-EN 14253+A1:2011 [15] Zawierają one także metody oceny narażenia.

         6-4. slajd 26

         6-4. slajd 26

        Wprowadzone zasady wykonywania pomiarów i metody oceny są wynikiem wdrożenia przez Polskę dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2002/44/WE [20 ] w sprawie minimalnych wymagań w zakresie ochrony zdrowia i bezpieczeństwa, dotyczących narażenia pracowników na ryzyko spowodowane czynnikami fizycznymi (drganiami mechanicznymi). Aktualne wartości spełniają wymagania tej Dyrektywy.

        Do pomiarów przyspieszenia drgań wykorzystywane są wielokanałowe mierniki drgań (wibrometry) wyposażone w przetworniki drgań (najczęściej piezoelektryczne), które przetwarzają drgania mechaniczne na proporcjonalny sygnał elektryczny.

        Punkty pomiarowe są lokalizowane na źródle drgań, w miejscach transmisji drgań do organizmu narażonego człowieka. Podczas pomiaru drgań ogólnych, przekazywanych przez stopy do organizmu pracownika wykonującego pracę w pozycji stojącej, punkt pomiarowy jest lokalizowany w bezpośrednim sąsiedztwie stóp. Jeżeli drgania tego rodzaju są przekazywane do organizmu człowieka wykonującego pracę w pozycji siedzącej, punkt pomiarowy jest lokalizowany na siedzisku.

         6-4. slajd 27

         6-4. slajd 27

        Podczas pomiaru drgań działających na organizm człowieka przez kończyny górne, punkty pomiarowe lokalizuje się w miejscach rzeczywistego kontaktu dłoni człowieka z narzędziem/urządzeniem (uchwytem, elementem sterowania itp.), będącym źródłem drgań.

         6-4. slajd 28

         6-4. slajd 28

        Zarówno dla drgań ogólnych, jak i działających na organizm człowieka przez kończyny górne, pomiary przyspieszenia drgań wykonuje się w trzech prostopadłych do siebie kierunkach x, y, z.

        Pomiary drgań ogólnych obejmują zakres częstotliwości 0,9 - 90 Hz, natomiast drgań miejscowych zakres 5,6 - 1400 Hz. Wartości skorygowane przyspieszenia drgań w kierunkach x, y, z, zmierzone podczas wykonywania poszczególnych czynności w narażeniu na drgania, są podstawą do wyznaczania sum wektorowych przyspieszeń drgań (w przypadku drgań działających przez kończyny górne) lub wartości kierunkowej składowej dominującej przyspieszenia drgań (w przypadku drgań o działaniu ogólnym). Wielkości te charakteryzują drgania działające na pracownika przy wykonywaniu poszczególnych czynności, a wraz z określonymi czasami trwania tych czynności, służą do wyznaczania ekspozycji na drgania.
        Oceny narażenia pracownika na drgania dokonuje się przez porównanie wartości wielkości charakteryzujących to narażenie, wyznaczonych na stanowisku pracy, z dopuszczalnymi wartościami dla tych wielkości.

         6-4. slajd 29

         6-4. slajd 29

        Najczęściej porównuje się wartość ekspozycji dziennej A(8) z ustaloną dla niej wartością dopuszczalną, A(8)dop. Ma to miejsce wówczas, gdy całkowity czas narażenia pracownika na drgania w ciągu doby, t, jest dłuższy niż 30 min (t > 30 min) i czas trwania ti wszystkich n wykonywanych przez pracownika czynności w narażeniu na drgania jest dłuższy niż 30 min.

        W sytuacjach gdy całkowity czas narażenia pracownika na drgania w ciągu doby, t, jest stosunkowo krótki (t =<30 min) lub gdy ten czas jest dłuższy niż 30 min (t > 30 min), ale choć jedna z wykonywanych czynności w ciągu dnia pracy w narażeniu na drgania trwa 30 min lub krócej, ocena narażenia pracownika na drgania polega na porównaniu wyznaczonej dla kontrolowanego stanowiska pracy wartości maksymalnej ekspozycji krótkotrwałej (ahv,max lub aw,max) z odpowiednią wartością dopuszczalną, lub ahv, 30 min,dop lub aw,30min,dop.

        Przykłady z wynikami pomiarów drgań na stanowiskach pracy dokonanych dla potrzeb oceny narażenia pracowników na ten czynnik przedstawiono na slajdzie nr 30.

         6-4. slajd 30

         6-4. slajd 30


       6-4.7. Metody ograniczania zagrożeń drganiami mechanicznymi

        Minimalizowanie zagrożeń powodowanych drganiami mechanicznymi może być realizowane różnymi metodami. Najogólniej metody te można podzielić na techniczne i organizacyjno-administracyjne.

         6-4. slajd 31

         6-4. slajd 31

        Grupa metod technicznych obejmuje:
        • minimalizowanie drgań u źródła ich powstawania (zmniejszenie wibroaktywności źródeł),
        • minimalizowanie drgań na drodze ich propagacji,
        • automatyzację procesów technologicznych i zdalne sterowanie źródłami drgań,
        • dodatkowe układy redukcji drgań,
        • aktywną redukcję drgań.

        Zmniejszenie wibroaktywności źródeł można osiągnąć, ingerując w ich konstrukcję (minimalizacja luzów, poprawa wyrównoważenia elementów wirujących, eliminacja wzajemnych uderzeń elementów współpracujących i ich właściwy montaż, właściwe mocowanie maszyn do podłoża – fundamentowanie itp.) [1, 4].

        Tłumienie drgań na drodze ich propagacji uzyskuje się np. przez wprowadzanie dylatacji między fundamentami maszyn i urządzeń a otoczeniem, stosowanie materiałów wibroizolacyjnych w różnej postaci (maty, podkładki, specjalne wibroizolatory), a także przez stosowanie środków ochrony indywidualnej. Najczęściej stosowanym środkiem ochrony indywidualnej przed drganiami są rękawice antywibracyjne, które nie tylko ograniczają drgania transmitowane z narzędzi do rąk operatora, lecz także zabezpieczają ręce przed niską temperaturą i wilgocią, które potęgują skutki oddziaływania drgań, przyspieszając rozwój zespołu wibracyjnego ( 6-4. slajd 32,  6-4. slajd 33).

         6-4. slajd 32

         6-4. slajd 32

         6-4. slajd 33

         6-4. slajd 33

        Wprowadzanie automatyzacji procesów technologicznych i zdalnego sterowania źródłami drgań umożliwia oddalenie pracowników z obszarów zagrożonych drganiami mechanicznymi i eliminuje ich oddziaływanie na organizm pracownika.

        Poprzez przyłączanie do drgających obiektów dodatkowych układów mechanicznych takich jak np. dynamiczne eliminatory drgań, możliwe jest ograniczenie amplitudy ich drgań. Ponieważ eliminatory drgań wymagają dostrojenia ich do konkretnej częstotliwości (wąskiego zakresu częstotliwości), takie rozwiązania stosowane są dla maszyn i urządzeń stacjonarnych generujących drgania ustalone lub zbliżone do ustalonych.

        Metody aktywnej redukcji drgań należą do najbardziej nowoczesnych i efektywnych sposobów ograniczania lub eliminowania drgań mechanicznych. Redukcję drgań tymi metodami uzyskuje się poprzez zastosowanie w miejscach zagrożonych drganiami dodatkowych układów mechanicznych – sterowanych źródeł drgań. Aktywne sterowanie zapewnia dostosowywanie się ich na bieżąco do warunków (drgań wytwarzanych przez urządzenie), tak by działając w przeciwfazie uzyskiwać jak największy efekt redukcji w każdej chwili.

        Ograniczenie zagrożeń drganiami mechanicznymi przez stosowanie metod organizacyjno-administracyjnych to głównie:

        • skracanie czasu narażenia na drgania w ciągu zmiany roboczej
        • wydzielanie specjalnych pomieszczeń do odpoczynku
        • przesuwanie do pracy na innych stanowiskach osób szczególnie wrażliwych na działanie drgań
        • szkolenia pracowników w celu uświadomienia ich o występujących zagrożeniach powodowanych ekspozycją na drgania oraz w zakresie możliwie bezpiecznej obsługi maszyn i narzędzi.

        Metody organizacyjno-administracyjne powinny być stosowane zwłaszcza tam, gdzie nie ma możliwości ograniczenia zagrożeń metodami technicznymi.

        W minimalizacji zagrożeń drganiami mechanicznymi niebagatelną rolę odgrywa także profilaktyka medyczna. Ma ona przede wszystkim na celu zapobieganie zatrudnieniu na stanowiskach z dużym narażeniem na drgania mechaniczne, osób, u których stan czynnościowy organizmu odbiega od normy. Zaburzenia w funkcjonowaniu organizmu pod wpływem drgań mogą się pogłębiać, a u osób wrażliwych na drgania mogą szybko pojawić się nowe, prowadzące do trwałych zmian chorobowych. Wszystkie osoby pracujące w warunkach zwiększonego narażenia na drgania powinny być poddawane badaniom okresowym w celu możliwie wczesnego wykrycia ewentualnych zmian chorobowych i przesunięcia ich na stanowiska pracy bez narażenia na drgania.

        W praktyce, w walce z zagrożeniami powodowanymi drganiami mechanicznymi najlepsze rezultaty daje stosowanie kilku wymienionych metod jednocześnie.

         (6-4. slajd 34)

         (6-4. slajd 34)

         (6-4. slajd 35)

         (6-4. slajd 35)

        .

       6-4.8. Literatura
      1. Augustyńska D., P. Kowalski: Strategia ochrony pracowników przed drganiami mechanicznymi według nowych przepisów prawnych – europejskich i krajowych. Bezpieczeństwo Pracy, str. 8 - 10, Nr 5 (416), Centralny Instytut Ochrony Pracy, Warszawa, maj 2006.
      2. Augustyńska D. i M. Pośniak red.: Czyniki szkodliwe w środowisku pracy – wartości dopuszczalne, Rozdz. 8 Drgania mechaniczne, str. 215 – 228, Warszawa, CIOP - PIB 2010.
      3. Engel Z.: Ochrona środowiska przed drganiami i hałasem. Wyd. 2. Warszawa, PWN 2001.
      4. Harazin B.: Zagrożenie zdrowia wywołane działaniem drgań mechanicznych. Sosnowiec, IMPiZŚ 2000.
      5. Harazin B.: Drgania mechaniczne. Sosnowiec, IMPiZŚ 1996.
      6. Drgania mechaniczne (wibracje), T.1. Warszawa, CIOP 1999, s. 323-372.
      7. Koton J., Harazin B.: Skutki zdrowotne zawodowego narażenia na drgania miejscowe. Warszawa, CIOP 2000.
      8. Koton J., Kowalski P., Szopa J.: Badania i ocena materiałów przeznaczonych dotłumienia drgań miejscowych. Bezpieczeństwo Pracy 1997, nr 5.
      9. Koton J., Kowalski P., Szopa J.: Rękawice antywibracyjne – Metoda badań i kryteria oceny. Bezpieczeństwo Pracy 1997, nr 3.
      10. Kowalski P.: Pomiar i ocena drgań mechanicznych w środowisku pracy według nowych przepisów prawnych. Bezpieczeństwo Pracy, str. 24 - 26, Nr 9 (420), Centralny Instytut Ochrony Pracy, Warszawa, wrzesień 2006.
      11. Rozporządzenie Ministra Zdrowia i Opieki Społecznej z dnia 30 maja 1996 r. w sprawie przeprowadzania badań lekarskich pracowników, zakresu profilaktycznej opieki zdrowotnej nad pracownikami oraz orzeczeń lekarskich wydawanych do celów przewidzianych w Kodeksie pracy. (Dz. U. 1996 Nr 69, poz. 332, ze zmianami ostatnia zm.: Dz. U. 2020 poz. 2131 )
      12. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 2 lutego 2011 r. w sprawie badań i pomiarów czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy. (Dz. U. 2011 Nr 33 poz. 166, ostatnia zmiana Dz. U. 2019, poz. 1995)
      13. Rozporządzenie Ministra Gospodarki i Pracy z dn. 5 sierpnia 2005 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy pracach związanych z narażeniem na hałas lub drgania mechaniczne. (Dz. U. 2005 Nr 157 poz. 1318)
      14. Rozporządzenie Ministra Rodziny, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 12 czerwca 2018 r. w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy (Dz. U. 2018 r. poz. 1286, ostatnia zmiana: Dz. U. 2021 r. poz. 325)
      15. Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 3 kwietnia 2017 r. w sprawie wykazu prac szczególnie uciążliwych lub szkodliwych dla zdrowia kobiet w ciąży i kobiet karmiących dziecko piersią. ( Dz. U. 2017 poz. 796)
      16. Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 24 sierpnia 2004 r. w sprawie wykazu prac wzbronionych młodocianym i warunków ich zatrudniania przy niektórych z tych prac. (Dz. U. 2004, nr 200 poz. 2047, ostatnia zmiana Dz. U. 2016 poz. 1509)
      17. PN-EN ISO 5349 – 1:2004 Drgania mechaniczne. Pomiar i wyznaczanie ekspozycji człowieka na drgania przenoszone przez kończyny górne. Część 1:Wymagania ogólne.
      18. PN-EN ISO 5349 – 2:2004 Drgania mechaniczne. Pomiar i wyznaczanie ekspozycji człowieka na drgania przenoszone przez kończyny górne. Część 2: Praktyczne wytyczne do wykonywania pomiarów na stanowisku pracy.
      19. PN-EN 14253+A1:2011 Drgania mechaniczne. Pomiar i obliczanie zawodowej ekspozycji na drgania o ogólnym działaniu na organizm człowieka dla potrzeb ochrony zdrowia. Wytyczne praktyczne.
      20. Dyrektywa 2002/44/WE dotycząca minimalnych wymagań w zakresie ochrony zdrowia i bezpieczeństwa w związku z ryzykiem wynikającym z ekspozycji na drgania mechaniczne (czerwiec 2002 r.)