振动的环境评价

8.5 振动的环境评价

字体[大][中][小]从30年代开始，一些组织及个人就对车、船、飞机等交通工具的乘坐舒适性进行研究，提出过各种评价标准。现在一些工业发达国家为加强对人的振动保护，先后制定了振动容许标准。不过，因为人体的生理系统非常复杂，而且振动通常与温度、工作姿势、工作条件以及噪声等因素同时存在，使人呈现各种病症，所以想弄清振动对人体的生理影响机理，从而能定量地评价，是极其困难的。目前都是从人的感觉方面、即从心理影响方面进行评价。

8.5.1 人的振动感觉

图6.3.1—57 人体对振动感觉的实验曲线

人的振动感觉依存于皮肤感觉(触、压等)和深部知觉(筋、腱、关节的感觉)图6.3.1—57为人的振动感觉的实验曲线，以此作为防振设计的一个基准，认为图中A 以下是理想的，C以上是不允许的，A与C之间尽可能避开。

用以评定振动感觉的参数有振动位移，振动速度和振动加速度。下面着重介绍ISO2631用振动加速度均方根值表示振动强度的评定方法。

振动加速度均方根值的意义如下式所示：

式中：T——振动周期;

a1——振动加速度。

对于简谐振动，若最大振幅为a max，则

arms=amax/

人对振动加速度的感觉范围大致从1Gal(0.01m/s2)到1000Gal(10m/s2)。为便于在宽广的范围内进行动态测量，常采用分贝标度。此时按下式定义振动加速度级

VAL=20log10(a rms/a0)

(6.3.1—22)

不过，直接用式(6.3.1—22)评定人的振动感觉是不妥当的。因为人的振动阈值(勉强感觉到振动时的振动加速度级值)随振动频率不同而异，而且振动方向不同感觉也有差别。图6.3. 1—58是人的振动阈值曲线。从图中可见，垂直振动时人对4～8Hz的振动最敏感，水平振动时对于1～2Hz的振动最敏感;在3Hz以下时，水平振动容易感觉到，而在3Hz以上时，垂直振动容易感觉到。因此，为能恰如其分的表示人的振动感觉，须将式(6.3.1—22)的结果按照人的振动阈值特性进行修正，成为振动级，即

VL=VAL+C n

式中：C n——振动感觉修正值，可由表6.3.1—11查取。

图6.3.1—58 人体对振动的阀值曲线

图6.3.1—59 人体参考坐标轴

表6.3.1—11 振动感觉修正值频率(Hz) 1 2 4 8 16 31.5 63 90

Cn

( dB) 垂直振动-6 -3 0 0 -6 -12 -18 -21 水平振动 3 3 -3 -9 -15 -21 -27 -30

需要指出的是，上述VAL和VL虽都是用dB表示，但二者含义不同。前者是实际振级的大小，后者则表示人对振动的感觉。在4～8Hz的垂直振动时二者相等。

8.5.2 全身振动的容许标准

各国标准不尽统一，这里介绍ISO2631(1974年)，它规定振动强度用加速度的有效值表示，单位是m/s2;频率范围为1～80Hz;参考座标轴对于人体是固定的，如图6.3.1—59所示; 对于人的健康保护，是限制人在振动环境中的暴露时间。

图6.3.1—60等感觉曲线

图6.3.1—60的纵轴为振动加速度(rms)，横轴为1/3倍频程中心频率(Hz)。图中的一组等感曲线(对沿曲线变化的不同振级的振动，人的感觉是相同的)，每一根曲线表示一个容许暴露时间。图6.3.1—61则是表示振动加速度与暴露时间的关系，每根曲线为一1/3倍频程中心频率。两图形式不同，但所表示的标准完全一样。

ISO2631是从不舒感RC、工作效率降低FDP和耐久限EL三个方面考虑作为评定基准的。图6.3.1—60、6.3.1—61是FDP曲线，超过此限则认为工作效率会降低;RC是失去舒适感的极限;EL则表示超过此限即不能保证人体健康安全，在无特殊防护的条件下，人体所受的振动值不允许超过此限。三组曲线形状完全相同，只是基准不同，RC比FCP低10dB，EL 比FDP高6dB。

应用上述标准评价环境振动，可按以下方法进行。振动测量时，作1/3倍频程频率分析，将所得结果与上述曲线比较。其中哪个频率分量的值所接近的许容曲线级值大，就按那个值来决定容许暴露时间。这样做是基于认为对于人的振动感觉，不同频率的振动互不影响。

因为等感曲线已经计及人的振动感觉特性的影响，所以若用具有振动感觉补偿电路的测振仪测量时，就只需测量总级值，将测量结果与图中曲线的平直部分比较，亦即对于垂直振动与5Hz的值，对于水平振动与1.6Hz的值进行比较。当振动方向不止一个的时候，各个方向分别求出，与相应的标准比较。

图6.3.1—61 振动加速度与暴露时间的关系

关于振动持续时间问题，在振级不变的间歇振动情况下，将实际暴露时间相加即可;而对于振级变化的情形，则必须求等效暴露时间。换算公式为：

式中：t i——是振级A i的实际暴露时间;

T i——是实际暴露振级A i一天的许容暴露时间;

T′——是换算成振级A′一天的许容暴露时间;

t′i——是A i换算至A′的等效暴露时间。

例如，在90dB的振级下暴露1n，t i＝1，T I＝8，若换算至94.5dB的振级，则T′=4，换算后的等效暴露时间

A′可以是A i中的任一个，A I要全部换算至A′，然后将所求得的等效暴露时间t′i相加，求总的等效暴露时间T：

T=Σt′i

将所求得的T与T′相比较，若T≤T′，则是许可的。

另外，关于0.05～1Hz的超低频全身振动，有人就正弦振动作过人的感觉实验，发现姿势的差异、振动方向的不同，几乎对人的感觉没有什么影响。手持式振动工具由于生产效率高、使用方便，应用非常广泛。从劳动卫生考虑，这种工具引起的手腕局部振动是个很值得注意的问题。有人对手腕部施加正弦振动进行实验，测试结果表明，垂直振动与水平振动的曲线形状完全相同。至于这两种振动如何评价，尚无统一意见。

8.5.3 船舶振动标准

自1930年泰勒提出第一个船舶振动标准以来，现在工业发达国家都有了船舶振动标准。ISO/TC108/SC2/WG2制定了“船体振动评价暂定基准线”，把人的感觉分为能承受、最小承受和不能承受三个区域，用振动加速度峰值评价，如图6.3.1—62、图6.3.1—63所示。图中还给出中国海船、内河船体振动的衡准。

图6.3.1—62 船体水平振动衡振

中国内河船舶体振动衡准把船舶分为A、B两类船型，每类船型又分为Ⅰ、Ⅱ类区。A 型船指一、二类客船及船长大于60m的油船、货船。B型船指船长大于30m的其它机动钢质运输船舶。Ⅰ类区指居住舱室及驾驶室、报务室、医疗室等，Ⅱ类区指连续工作时间不超