振动的影响是多方面的,它损害或影响振动作业工人的身心健康和工作效率,干扰居民的正常生活,还影响或损害建筑物、精密仪器和设备等。评价振动对人体的影响比较复杂,根据人体对某种振动刺激的主观感觉和生理反应的各项物理量,国际标准化组织和一些国家推荐提出了不少标准,概括起来可以分成以下几类。
振动对人体的影响比较复杂,人的体位,接受振动的器官,振动的方向、频率、振幅和加速度都会对其造成影响。人体对振动的感觉标准是:人体刚感到振动是0.03 m/s2,不愉快感是0.49 m/s2,不可容忍感是4.9 m/s2。评价振动对人体的影响远比评价噪声复杂。根据振动强弱对人体的影响,大致分为以下四种情况。
(1)振动的“感觉阈”:在此范围内人体刚能感觉到振动的信息,但一般不觉得不舒适,此时大多数人可以容忍,对人体无影响。
(2)振动的“不舒适阈”:这时振动会使人感到不舒服,或有厌烦的反应,这是一种大脑对振动的本能反应,不会产生生理的影响。
(3)振动的“疲劳阈”:当振动的强度使人进入到“疲劳阈”时,这时人体不仅对振动产生心理反应,而且出现了生理反应,它会使人感到疲劳,出现注意力转移,工作效率低下等。但当振动停止后,这些生理反应也随之消失。实际生活中以该阈为标准,超过该标准者被认为有振动污染。
(4)振动的“危险阈”:当振动的强度不仅对人体产生心理影响,而且还造成生理性伤害时,这时振动强度就达到了“危险阈”。此时振动会使人体的感觉器官和神经系统产生永久性的病变,即使振动停止也不能复原。
根据振动强弱对人体的影响,国际标准化组织对局部振动和整体振动都提出了相应的标准。
(1)局部振动标准
国际标准化组织1981年起草推荐了《局部振动标准》(ISO 5349)。该标准规定了8~1000 Hz不同暴露时间的振动加速度和振动速度的容许值(如图1),用来评价手传振动对人体的损伤。从图1中可以看出,对于加速度值,8~16Hz曲线平坦,16 Hz以上曲线以每倍频带上升6 dB。人对加速度最敏感的振动频率范围是8~16 Hz。
(2)整体振动标准
振动对人体的作用取决于4个参数:振动强度、频率、方向和暴露时间。国际标准化组织1978年公布推荐了《整体振动标准》(ISO 2631)。该标准规定了人体暴露在振动作业环境中的允许界限,振动的频率范围为1~80 Hz。这些界限按三种公认准则给出,即舒适性降低界限、疲劳一工效降低界限和暴露极限。这些界限分别按振动频率、加速度值、暴露时间和对人体躯干的作用方向来规定。如图2、图3分别给出了垂直振动和水平振动疲劳一工效降低界限曲线,横坐标为1/3倍频带的中心频率,纵坐标是加速度的有效值。当振动暴露超过这些界限时,常会出现明显的疲劳和工作效率的降低。对于不同性质的工作,可以有3~12 dB的修正范围。超过图2、图3中曲线的2倍(即 6 dB)为暴露极限,即使个别人能在强的振动环境中无困难地完成任务,也是不允许的。暴露极限和舒适性降低界限具有相同的曲线,将暴露极限曲线向下移10 dB,即将相应值减去10 dB为舒适性降低界限,降低的程度与所做事情的难易程度有关。
由各种机械设备、交通运输工具和施工机械所产生的环境振动,对人们的正常工作和休息都会产生较大的影响。我国已经制定了《城市区域环境振动标准》(GB 10070--1988)和《城市区域环境振动测量方法》(GB 10071--1988)。右表是我国为控制城市环境振动污染而制定的《城市区域环境振动标准》中的标准值及适用区域。表中的标准值适用于连续发生的稳态振动、冲击振动和无规则振动。对每天只发生几次的冲击振动,其最大值昼间不允许超过标准值10 dB,夜间不超过标准值3 dB。标准规定测量点应位于建筑物室外0.5m以内振动敏感处,必要时测点置于建筑物室内地面中央,标准值均取表中的值。
《城市区域环境振动标准》对中适用地带范围的划定为:特殊住宅区是指特别需要安静的住宅区;居民、文教区指纯居民和文教、机关区;混合区是指一般商业与居民混合区,以及工业、商业、少量交通与居民混合区;商业中心区指商业集中的繁华地区;工业集中区是指在一个城市或区域内规划明确确定的工业区;交通干线道路两侧是指车流量每小时100辆以上的道路两侧;铁路干线两侧是指每日车流量不少于20列的铁道外轨30m外两侧的住宅区。
垂直方向振级的测量及评价量的计算方法,按国家标准《城市区域环境振动标准》有关条款的规定执行。
环境振动一般并不构成对人体的直接危害,主要是对居民生活、睡眠、学习、休息产生干扰和影响。
目前世界各国大多采用速度有效值作为量标来评价机械设备的振动(振动的频率范围一般在l0~1000Hz之间),国际标准化组织颁布的《转速为10~200 r/s机器的机械振动——规定评价标准的基础》(ISO 2372:1974)规定以振动烈度作为评价机械设备振动的量标。它是在指定的测点和方向上,测量机器振动速度的有效值,再通过各个方向上速度平均值的矢量和来表示机械的振动烈度。振动等级的评定按振动烈度的大小来划分,设为以下四个等级。
A级:不会使机械设备的正常运转发生危险,通常标为“良好”。
B级:可验收、允许的振级,通常标为“许可”。
C级:振级是允许的,但有问题,不满意,应加以改进,通常标为“可容忍”。
D级:振级太大,机械设备不允许运转,通常标为“不允许”。
对机械设备进行振动评价时,可先将机器按照下述标准进行分类。
第一类:在其正常工作条件下与整机连成一个整体的发动机及其部件,如15kw以下的电动机产品。
第二类:刚性固定在专用基础上的300 kW以下发动机和机器和设有专用基础的中等尺寸的机器,如输出功率为15~75 kW的电动机。
第三类:装在振动方向刚性或重基础上的具有旋转质量的大型电动机和机器。
第四类:装在振动方向相对较软基础上的具有旋转质量的大型电动机和机器。
建筑物的允许振动标准与其上部结构、底基的特性以及建筑物的重要性有关。德国1986年颁布的标准DIN 4150中规定,在短期振动作用下,使建筑物开始遭损坏,诸如粉刷开裂或原有裂缝扩大时,作用在建筑物基础上或楼层平面上的合成振动速度限值见下表。