ВВЕДЕНИЕ
Основными внешними воздействиями, представляющими собой опасность для здоровья механизатора, являются: большие по уровню низкочастотные случайные колебания, высокий уровень шума, высокая температура рабочей зоны, загрязненность рабочей среды пылью и газами, нерациональная рабочая поза и тл.
Воздействие низкочастотной вибрации может вызвать стойкие и необратимые изменения обменных процессов, привести к нарушению в центральной и периферической нервной системе, искривлению позвоночника, опущению желудка, утомляемости, снижению работоспособности.
В связи с этим борьба с механическими вибрациями в настоящее время является одним из определяющих факторов при создании новых машин и в процессе эксплуатации.
При создании современных самоходных сельскохозяйственных машин, во многих случаях оказывается, что полное подрессоривание транспортных машин невозможно по чисто технологическим соображениям. В некоторых же случаях подвеска транспортного средства, например, в грузовых автомобилях, не удовлетворяет необходимым условиям виброзащиты человека-оператора. В этих случаях целесообразно использовать дополнительные средства виброзащиты. Такими средствами виброзащиты человека-оператора может быть подрессоривание кабины транспортных и строительно-дорожных машин, а также подрессоривание сидений.
В настоящее время наиболее актуальной является проблема создания и использования подрессоренных сидений. Большая работа в этом направлении проделана в тракторной промышленности, где созданы унифицированные сиденья.
Подрессоренные сиденья для тяжелых и легких тракторов разработаны ГСКБ Харьковского и Минского тракторных заводов. Эти системы виброза-
щиты человека-оператора включают в себя направляющий механизм парал-лелограммного или торсионного типа, упругие элементы (пружины) и демпфер. В качестве демпфера использовались амортизаторы, применяемые на автомобилях марки "ЗАЗ-968", а в настоящее время используются демпферные конструкции, разработанные ХТЗ. Аналогичные разработки по виброзащитным сиденьям такого типа ведутся в НАТИ, где разработан ряд новых типов виброзащитных сидений.
Использование пассивных виброзащитных систем при широкополосном возбуждении предполагает определенный компромисс между увеличением колебаний в области собственных частот и снижением их в зарезонанс-ной зоне. Такой компромисс, исходя из необходимости обеспечения нормальных гигиенических условий труда оператора возможен, если уровни вибраций на нижнем краю нормируемого диапазона частот ниже величин, допускаемых действующими санитарными нормами [34]. Специфика других отраслей машиностроения, в частности: строительно-дорожного машиностроения, тяжелого машиностроения, авиастроения, приводит к тому, что каждая отрасль ведет разработку своих собственных сидений, используемых в конкретных условиях работы.
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Физико-гигиеническая характеристика вибрации
*
Человек-оператор подвергается вибрации при работе на самоходных сельскохозяйственных машинах. Вибрация как производственная вредность представляет собой механические колебательные движения, непосредственно передаваемые телу человека или отдельным его участкам. В связи с увеличением скоростей движения сельскохозяйственных машин значение вибрации резко возросло и в настоящее время болезни, вызванные вибрацией, занимают не последнее место среди профессиональных заболеваний.
Основными параметрами вибрации являются частота и амплитуда колебаний. При воздействии на человека вибрация распространяется по тканям и костям и вызывает колебания их или тела в целом. Колеблющаяся с определенной частотой и амплитудой часть тела человека движется с непрерывно меняющимися скоростью и ускорением, которые являются производными амплитуды и частоты [34,83].
Таблица 1.1
Допустимая суммарная длительность воздействия вибраций (за смену) ручных машин и рабочих мест, не отвечающих действующим санитарным нормам
ПДУ виброскорости в ок-тавных полосах относительно санитарных норм, дБ Допустимая суммарная длительность влияния вибрации за рабочую смену, мин
Ручные машины Рабочее место
0 (норма) 320 480
До 3 (1,41 раза) 160 120
До 6 (2 раза) 80 60
До 9 (2,8 раза) 40 30
До 12 (4 раза) 20 15
Предельно допустимые уровни производственной вибрации регламентированы в ГОСТ 12.1.012-90 системы стандартов безопасности труда. В силу того, что защита от вибраций во многих случаях не эффективна, санитарные нормы предусматривают сокращение времени работы человека при влиянии вибрации, таблЛ.1. Из табл. 1.1 видно, что чем выше уровень виброскорости, тем меньше должна быть длительность влияния вибрации на человека-оператора.
1.2. Влияние вибрации на организм человека-оператора
Вибрация распространяется по тканям, костям и хрящам, которые частично поглощают и гасят энергию колебаний. Чем меньше частота и больше амплитуда колебаний, тем на большее расстояние распространяется вибрация от точки ее приложения. Повышенная вредность вибрации образуется при сочетанном действии шума, охлаждающего микроклимата, неудобного положения тела человека на сиденье.
При воздействии вибрации более выражены изменения со стороны центральной нервной системы. У человека-оператора появляются жалобы на головокружение, шум в ушах, сонливость, боли в мышцах и во внутренних органах, возрастание энергозатрат, похудание вследствие ухудшения физиологических функций органов пищеварения. Иногда выявляются расстройства органов зрения — изменения цветоощущения, границ поля зрения, снижение остроты зрения, нарушается устойчивость ясного видения и другие нарушения в организме человека, вызывающие временную или постоянную потерю трудоспособности [48,83].
Из-за возможного совпадения частоты вибрации с частотой собственных колебаний тела и (или) его частей могут возникать резонансные колебаний. Сила резонансных колебаний способна вызвать смещение внутренних органов по отношению к обычному положению.
Время
Рис. 1.1. Влияние времени при медленном нарастании ускорения на артериальное давление и давление при черной пелене: 1-ускорение, 2- артериальное давление оператора, 3- давление при черной пелене, 4 - безопасная зона.
Из рис. 1.1 видно, что время воздействия ускорения вызывает увеличение артериального давления в сердечно-сосудистой системе человека-оператора (зона 4). Повышенное артериальное давление может быть также причиной ошибочных действий человека-оператора во время работы и движения самоходной сельскохозяйственной техники.
Исследования ученых других стран [42] показали, что тело человека избирательно реагирует на одну из трех производных амплитуды во времени. При частотах от 1 до 6 Гц тело реагирует главным образом на ударную составляющую вибрации (толчок). При частотах от 6 до 9 Гц тело реагирует преимущественно на максимальное ускорение. При частотах более 9 Гц тело реагирует на максимальную скорость, сообщаемую вибрацией.
Профилактика вибрационной болезни включает ряд мероприятий технического, санитарно-гигиенического и лечебно-профилактического характера. В профилактике вредного действия вибрации ведущая роль принадлежит техническим мероприятиям.
В связи с развитием современных самоходных сельскохозяйственных машин, интенсификацией производственных процессов в сельском хозяйстве, повышением скоростей движения, резко повысились уровни вибраций этих машин и возникла острая проблема вибрационной защиты операторов.
Вибрация, действуя непосредственно на человека, приводит к его повышенной утомляемости, увеличивает энергетические затраты, замедляет психические реакции [5], в результате чего снижается производительность труда и возрастает опасность производственного травматизма. Длительное действие вибрации может привести к патологическим изменениям в организме человека, называемым вибрационной болезнью, эффективное лечение которой возможно лишь на ранней стадии.
Вибрационная болезнь вышла за рамки чисто медицинской проблемы и стала проблемой социально-экономической в связи со значительным ущербом, который она оказывает здоровью людей и экономике страны.
Для решения многих задач, связанных с виброзащитой человека-оператора, важное место приобретает моделирование динамических характеристик тела человека. Определенный интерес представляет анализ вибрации тела человека оператора при многокомпонентном воздействии. Например, на водителя транспортного средства вибрация передается как со стороны сиденья, так и от пола кабины, рулевого колеса, педалей и других органов управления. Кинематические параметры отдельных компонентов воздействия в большинстве случаев неодинаковые и обусловлены конструкцией рабочего места.
Динамический коэффициент упругих деформаций при продольном воздействии возрастает по сравнению со статическим в 1,5...3 раза. Грудные сегменты жестче поясничных, а именно: для грудных сегментов этот коэффициент составляет 1400...3000 кг/см, а для поясничных— 700...1800 кг/см.
При эксплуатации самоходных сельскохозяйственных машин водители подвергаются комплексу вредных факторов, из которых вибрация рабочего
10
места является лимитирующим фактором, определяющим производительность и безопасность оператора.
Параметры вибрации зависят от состояния покрытия дорог, скорости передвижения, степени изношенности и нагруженности машин. Спектры вибрации на рабочих местах, например водителей автосамосвалов носят низкочастотный характер с максимумом в октавах 1...4 Гц.
Э.И. Денисовым [37] исследованы физиологические реакции у 38 практически здоровых водителей (возраст 20...49 лет и стаж работы в данной профессии К. .10 лет) и 30 рабочих (контрольная группа), не подвергающихся воздействию вибрации с аналогичными возрастными выборками.
Анализ результатов показал, что порог возбудимости вестибулярного анализатора и амплитуда колебания центра тяжести в контрольной группе не изменялись в течение работы и равнялись 630 ±10 мкА и 0,59 ± 0,01 усл.ед. У водителей со средним стажем 2,5 и 8 лет отмечено достоверное повышение порога возбудимости после работы до 780 ±15; 820 ±14; и 840 ±18 мкА, а также увеличение амплитуды колебания до 0,66 ± 0,03; 0,71 ± 0,03 и 0,81 ± 0,04 усл. ед. соответственно.
Для выявления зависимости изменений физиологических функций по данным гальванометрии и стабилометрии от стажа и возраста проведен регрессионный анализ.
На рис. 1.2 представлена зависимость постоянных (ПСП) и временных (ВСП) изменений показателей гальванометрии и стабилометрии от стажа ра- боты водителей. Из анализа этих зависимостей следует, что со стажем работы величина постоянных смещений порогов (ПСИ) возбудимости возрастает при почти одинаковых временных смещениях (ВСП); при стаже 8 лет величины ВСП и ПСП совпадают. Величины ПСП достоверно отличаются для стажированных и малостажированных водителей. Отмечается тенденция величин ВСП к снижению со стажем работы.
Полученное указывает, что действие вибрации и сопутствующих фак-
11
торов вызывает у водителей снижение возбудимости вестибулярного анализатора и свидетельствует об участии компенсаторных приспособительных механизмов, обеспечивающих функционирование его на высоком уровне, несмотря на постоянное смещение порога возбудимости.
Ф
Рис. 1.2. Зависимость постоянных (ПСП) и временных (ВСП) изменений показателей гальванометрии и стабилометрии от стажа работы водителем: D - ПСП (до работы), X -ВСП (после работы)
По данным стабилометрии отмечено постоянное уменьшение амплитуды колебания во фронтальном направлении с последующим временным
12
увеличением его после работы у водителей обследованных групп. Отметим достоверное временное увеличение амплитуды колебания у стажированных водителей по сравнению с малостажированными.
Установленная корреляция порога возбудимости и амплитуды колебания с возрастом (см.рис.1.3) свидетельствует о значительной напряженности вестибулярного анализатора и появлении хронического утомления у стажированных водителей, тогда как в контрольной группе отмечается отсутствие такой корреляции.
ОО^ает
Рис. 1.3. Корреляция показателей гальванометрии и стабилометрии с возрастом у водителей: о — водители; • — контроль.
13
Таким образом, обнаруженная зависимость изменений показателей гальванометрии и стабилометрии от стажа и возраста водителей указывает на неблагоприятное воздействие вибрации и профессиональную обусловленность вестибулярных изменений у водителей. Сравнительный анализ данных гальванометрии и стабилометрии и жалобы стажированных водителей на головокружение, тошноту, ухудшение равновесия свидетельствуют о возможности возникновения расстройств, сходных с симптомокомплексом «транспортной болезни», что согласуется с действием низкочастотных колебаний на организм человека.
В механизме воздействия низкочастотных механических колебаний на организм человека основное место занимают ускорения, являющиеся адекватным раздражителем вестибулярного анализатора. Низкочастотная вибрация включает вертикальный и горизонтальный компоненты прямолинейных ускорений, являющихся адекватным раздражителем отолитового аппарата. Но помимо прямолинейных ускорений вне зависимости от направлений действующих колебаний голова в этот момент испытывает и действие угловых ускорений. Поэтому низкочастотные вибрации обладают основным раздражающим действием отолитового аппарата и опосредованным — полукружных каналов.
Однако в настоящее время остается неясным проявление вибрационных расстройств со стороны функции вестибулярного анализатора. Большинством исследователей отмечается тенденция к угнетению функции вестибулярного анализатора, однако, в ряде случаев, отмечено повышение чувствительности вестибулярного анализатора, в редких случаях - диссоциированный тип вестибулярных реакций.
В связи с этим представляют большой интерес клинико-физиологические исследования функции вестибулярного анализатора у лиц, длительно работающих в контакте с низкочастотными вибрациями. Таким контингентом являются операторы, управляющие самоходными машинами и
14
полустационарными механизмами.
Клиническая оценка функции вестибулярного анализатора проводилась рядом авторов - Евдокимовой И.Б., Спиранде Л.П., Пономаревой Н.И. по совокупности вестибулярных реакций при экспериментальном его раздражении калорической пробой [39]. Исследование проведено у 144 рабочих карьера (87 % в возрасте 40...50 лет, со стажем работы 10...30 лет) трех профессиональных групп: 39 машинистов и помощников экскаватора типа «ЭКГ- 4,6», 31 бульдозериста бульдозера типа «С-100» и 44 водителя большегрузных машин типа "БелАЗ", "КрАЗ". По хронометражным наблюдениям длительность контакта с машиной у водителей и машинистов экскаваторов составила 82 %, а у бульдозеристов — 30 % в течение рабочей смены.
Основными неблагоприятными факторами на рабочем месте исследуемых профессиональных групп являются низкочастотный шум и низкочастотная вибрация. Вибрация имела низкочастотный характер спектра с превышением нормы по оси Z на рабочем месте водителей в октавах 8... 16 Гц на 4 дБ, бульдозеристов в октавах 4... 16 Гц на 4 дБ. Отличительной особенностью трудовой деятельности водителя является наличие нервно-эмоционального компонента, связанного с личным риском при движении по горным дорогам карьера.
Средние показатели латентного периода в группах обследованных рабочих колебались в пределах 12,2... 16 сек и статистически достоверно (р<0,05) не отличались от контрольной группы (16±2,8 сек). Сопоставление латентного периода между группами рабочих показало статистически достоверное (р<0,01) укорочение его в группе водителей (12 ± 0,3) по сравнению с машинистами экскаваторов и бульдозеристами.
Кульминационный феномен (время возникновения наибольшей амплитуды и частоты нистагма от начала калорической пробы) у всех обследованных лиц возникал на 20-28 сек с достоверным (р<0,001) укорочением его по сравнению с контролем (28 ±1,3 сек) у водителей (20,1 ±0,5 сек). Сопос-
15
тавление данных кульминационного феномена нистагма между группами показало наибольшее укорочение его также в группе водителей (р<0,05). Вместе с тем, следует отметить, что у 20-25 % обследованных в каждой группе феномен нистагма был сглажен или отсутствовал.
Максимальная продолжительность калорического нистагма у рабочих достигала 125 сек, минимальная - 30 сек, а в контрольной группе 140 и 45 сек соответственно. Сопоставление средних величин продолжительности калорического нистагма всех групп с контролем (94±1,8 сек) показало статистически достоверное укорочение его (р<0,01). Наибольшее укорочение калорического нистагма (р<0,01) было выражено у водителей (67,4 ± 3 сек) по сравнению с машинистами экскаваторов (75,5 ±2,4 сек) и бульдозеристами (78,3 ±3,1 ). В группе водителей у 11,4 % рабочих также отмечено значительное угнетение функции вестибулярного анализатора по вестибуло-соматическим реакциям.
Исследование порога чувствительности вестибулярного анализатора к гальваническому току по иллюзии крена, проведенное до начала рабочего дня у тех же групп операторов карьера (36 чел.., по 12 человек в каждой группе), и в стажевой группе 10...20 лет, в возрасте 41 ...45 лет также показали статистически достоверные различия (р<0,01) в порогах чувствительности между группами бульдозеристов (172 ± 8,5 А) и группами водителей (350 ± 21,1 А) и машинистов экскаваторов (406 ± 55,3 А). Между группой водителей и машинистов экскаваторов статистически достоверных различий не обнаружено. Различные пороги возбудимости вестибулярного анализатора у одинаковостажированных рабочих обследованных групп можно объяснить как длительностью контакта с низкочастотными колебаниями за рабочий день, так и комплексным воздействием низкочастотных колебаний. Снижение возбудимости вестибулярного анализатора у машинистов экскаваторов и водителей по сравнению с бульдозеристами, по-видимому, обусловлено как
16
большей длительностью контакта с машиной за рабочий день (82 %),так и комплексным действием больших уровней низкочастотных шумов и вибраций у водителей большегрузных машин и совместным действием низкочастотных вибраций (прямолинейные ускорения) и периодических угло- вых ускорений, возникающих при разворотах ковша экскаватора.
Таким образом, клинико-физиологические исследования функции вестибулярного анализатора у высокостажированных операторов, управляющих самоходными машинами и полустационарными механизмами, подвергающихся воздействию низкочастотных шумов и вибраций, выявили определенную клиническую картину угнетения функции вестибулярного анализатора. Выявлена зависимость проявления функциональных изменений от интенсивности действующих низкочастотных колебаний и длительности контакта с ними за рабочий день. Наибольшее угнетение функции вестибулярного анализатора было выражено у водителей большегрузных машин, подвергающихся наибольшим уровням низкочастотных шумов и вибраций по сравнению с обследованными группами машинистов экскаваторов и бульдозеристов.
Баранова В.М.и Зерцалов Ю.В.[19] исследовали характер изменений сосудистого тонуса и величин артериального давления при комбинированном воздействии вибрации и шума. С этой целью было обследовано 480 рабочих (основная группа).
Уровни шума на обследованных рабочих местах колебались от 90 до 120 дБА. Вибрация была преимущественно локальной, причем работающие с инструментами вращательного действия контактировали с высокочастотной вибрацией (405 человек), а использующие инструменты ударного действия, подвергались влиянию широкополосной вибрации, с расположением наибольшей величины виброскорости в низкочастотной части спектра. В качест-ве контроля осмотрено 87 станочников, практически, не подвергающихся влиянию производственных вредностей за исключением шума, уровни кото-
17
рого не превышали допустимых значений и составляли 85. „87 дБА. В обе группы вошли мужчины одинакового возраста (от 23 до 45 лет) и стажа работы в своей профессии (от I года до 28 лет).
В результате клинического обследования с применением дополнительных методов исследования: электрокардиографии, механокардиогра-фии и капилляроскопии установлена большая частота заболеваний сердечнососудистой системы в обеих группах: в основной в 34,0 % и в контроле в 31 % случаев. Однако в основной группе (табл. 1.1) ведущей патологией являлась гипертоническая болезнь (14,0 %).
Таблица \2
Показатели Группы Группа в целом Стаж работы
До 5 лет 5...10 лет Более 10 лет
Число обследованных Основная 480 100 242 138
контроль 87 24 22 41
Лица с ги-пертонич. бол,, % Основная 14,0±1,6 2,0±1,4 10,7±1,7 28,4±3,8
контроль 5,0±2,0 0±4 5±5 7±4
Среднее ге-мо динамическое давл., мм рт. ст. Основная 95,4±0,5 92,610,8 93,9±0,01 100,010,05
контроль 89,6±0,9 86,7±1,3 89,4±1,2 91,6±1,б
В контроле гипертоническая болезнь выявлена только ъ 5 % случаев, что совпадает с частотой этого заболевания в данной климатической зоне.
Таким образом, у рабочих основной группы гипертоническая болезнь диагностирована в 3 раза чаще, чем в контроле (р < 0,001).
В основной груше достоверно чаще, чем в контроле, определялось спастическое или спастико-атоническое состояние капилляров (в 75 % против 32 %» P^^l), повышение всех видов артериального давления, включая и среднее гемодинамическое, что приводит в конечном итоге к развитие гипертонической болезни. Роль профессиональных факторов в развитии указанных |
