Pomiary i dopuszczalne wartości drgań mechanicznych w środowisku pracy

Pomiary i dopuszczalne wartości drgań
​mechanicznych w środowisku pracy

W niniejszym artykule skupię się na przedstawieniu zagadnienia związanego z pomiarami i oceną wibracji mechanicznych, wpływających na organizm człowieka na stanowiskach pracy.

W poszczególnych rozdziałach scharakteryzuję typy drgań i wibracji oddziałujących na człowieka, przedstawię akty prawne i normy określające dopuszczalne wartości i metodykę pomiarową, omówię odpowiedni miernik drgań i inną aparaturę niezbędna do wykonania prawidłowych pomiarów oraz sposób analizy i oceny drgań mechanicznych zmierzonych na stanowisku pracy.

Rodzaje drgań na stanowiskach pracy

Drgania opisane w kontekście środowiska pracy można podzielić na dwa główne typy:

• drgania przenoszone przez kończyny górne (drgania miejscowe)
• drgania o ogólnym działaniu (drgania ogólne)

Drgania przenoszone przez kończyny górne (drgania miejscowe)

Są to drgania mechaniczne, które przenoszą się na ciało przez ręce i ramiona, zazwyczaj podczas pracy z narzędziami ręcznymi, takimi jak wiertarki, szlifierki czy piły.

Mogą powodować dolegliwości zdrowotne, takie jak zespół wibracyjny rąk i ramion (HAVS), który objawia się drętwieniem, bólem oraz zmniejszoną sprawnością manualną. Regularna ekspozycja na tego typu drgania wymaga stosowania odpowiednich środków ochrony osobistej oraz ograniczenia czasu pracy z wibrującymi narzędziami.

Drgania ogólne

Odnoszą się do drgań, które są przekazywane na całe ciało, często w wyniku pracy na maszynach lub pojazdach, takich jak koparki, wózki widłowe czy ciągniki.

Drgania te mogą prowadzić do dolegliwości zdrowotnych, takich jak bóle kręgosłupa, zmęczenie oraz zaburzenia równowagi. Ograniczenie narażenia na drgania ogólne wymaga stosowania odpowiednich siedzeń amortyzujących oraz dbałości o ergonomiczne środowisko pracy, minimalizujące negatywne skutki drgań mechanicznych.

Dopuszczalna wartość drgań
mechanicznych na stanowisku pracy

Wielkości charakteryzujące dopuszczalne
​drgania mechaniczne na stanowisku pracy (NDN)

Narażenie pracownika na drgania mechaniczne określane są na podstawie dwóch parametrów zależnych od czasu trwania narażenia. 

• Ekspozycja dzienna: odniesiona do 8 godzinnego dnia pracy będąca sumą wszystkich, typów narażeń na drgania mechaniczne z zachowaniem ich czasu trwania
• Ekspozycja krótkotrwała: odniesiona do drgań trwających 30 minut lub krócej reprezentująca narażenie związane z konkretnym działaniem lub stanowiskiem pracy

Dopuszczalne wartości dla ekspozycji
na drgania mechaniczne (NDN)

Wartości dopuszczalne drgań mechanicznych na stanowisku pracy określone zostały w Rozporządzeniu 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 poz. 1286). Wartości przedstawione zostały w tabeli:

Wartości progów działania dla dziennej
​ekspozycji na drgania mechaniczne

Oprócz wartości dopuszczalnych zdefiniowanych w Rozporządzeniu Ministra Rodziny, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 12 czerwca 2018 r., Rozporządzeniu Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 5 sierpnia 2005 r., zgodnie z dyrektywą Parlamentu Europejskiego 2002/44/WE wprowadza Próg działania, dotyczący drgań mechanicznych.

Przekroczenie wartości dziennej ekspozycji na drgania mechaniczne określonej w progach działania, zobowiązuje pracodawcę do podjęcia kroków w kierunku redukcji narażenia pracowników na drgania. Wartości progów działania zostały przedstawione w poniższej tabeli:

Aparatura pomiarowa

Z czego składa się zestaw pomiarowy

W skład zestawu do rejestracji narażenia na drgania wchodzi:

Miernik drgań

• posiadający przynajmniej trzy kanały pomiarowe
• posiadający odpowiednie krzywe ważone
• umożliwiający pomiar przyspieszenia drgań

3-osiowy akcelerometr

• 3-osiowy do pomiarów drgań o ogólnym działaniu
• 3-osiowy do pomiarów drgań przenoszonych przez kończyny górne

Miernik drgań

Wymagania odnoszące się do mierników drgań przedstawione zostały w normie PN-EN ISO 8084-1. Zawiera ona wymagania techniczne oraz zakres tolerancji dla przyrządów przeznaczonych do pomiaru drgań wykorzystywanych do oceny na ich narażenie.

Ze względu na wymagania rejestracji drgań w 3 płaszczyznach jednocześnie, mierniki wibracji powinny być wyposażone w przynajmniej 3 kanały pomiarowe. Parametrem rejestrującym podczas pomiarów drgań jest przyspieszenie wyrażone w m/s2. Ważne, aby miernik drgań posiadał odpowiedni zakres częstotliwościowy i amplitudowy oraz krzywe korekcyjne niezbędne do pomiaru (Wh - dla drgań miejscowych, Wk/Wd dla drgań ogólnych). 

Narażenie na drgania mechaniczne ogólne i miejscowe zmierzone prze miernik drgań wymaga późniejszej analizy w celu oceny i porównania z dopuszczalnymi limitami.

Miernik drgań Cirrus Revo wyposażony jest w darmowy program Noisetools, służący do edycji i analizy wyników. Pozwoli on na usprawnienie pracy i łatwiejszy eksport przez co ocena ryzyka zawodowego nie będzie problematyczna.

Miernik drgań powinien być okresowo wzorcowany w celu zapewnia, że amplituda drgań mierzona jest prawidłowo. Pomiar drgań wykonywany bez cyklicznego wzorcowania zwiększa niepewność, że miernik drgań nie działa prawidłowo uniemożliwiając określenie realnego narażenia na drgania.

Akcelerometry

Akcelerometry są czujnikami zmieniającymi wartość przyspieszenia wynikającą z drgań na korespondującą z nią wartość napięcia, przekazywaną na miernik drgań. W zależności od typu wibracji wykorzystywane są akcelerometry o różnych kształtach i cechach. W przypadku pomiarów drgań przenoszonych przez kończyny górne stosuje się standardowe 3-osiowe akcelerometry, montowane bezpośrednio przy źródle drgań, np. wiertarce. Montaż może odbyć się na wiele sposób, z użyciem nakładek magnetycznych, klejów, śrub czy adapterów.

W przypadku drgań ogólnych, stosuje się specjalnie zaprojektowane akcelerometry w kształcie okrągłych mat. Umieszcza się je na badanej płaszczyźnie, np. na posadzce w miejscu wykonywania pracy lub bezpośrednio na fotelu, na którym siada operator. Akcelerometr nie wymaga specjalnego montażu wystarczy na nim stanąć lub usiąść.

Ważny element w przypadku miernika drgań i akcelerometrów stanowi system montażowy. W przypadku pomiarów drgań ogólnych nie stanowi to większego problemu, akcelerometr umieszczany jest po prostu na fotelu kierowcy lub pod stopami na wskazanym stanowisku pracy.

Pomiar ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań i wibracji wymaga sztywnego montażu czujnika zapewniającego bezpośrednie przenoszenie wibracji ze źródła. W tym celu stosuje się kleje, woski, magnesy lub opaski montażowe.

Metodyka pomiarowa

Pomiar drgań i wibracji na organizm człowieka na stanowisku pracy powinien odbywać się w naturalnych warunkach, występujących na danym stanowisku pracy. Wytyczne dla poszczególnych procedur pomiarowych wskazane zostały w poniższych normach:

Drgania mechaniczne miejscowe:

• PN-EN ISO 5349-1 
• PN-EN ISO 5349-2

Drgania mechaniczne przenoszone przez całe ciało:

• PN-EN 14253

Ocena drgań mechanicznych na stanowisku pracy - ocena
​ważonego częstotliwościowo przyspieszenia drgań

Ocena drgań dokonywana jest osobno dla każdego typu działania lub stanowiska pracy. Wykonywana jest na podstawie zarejestrowanych przez miernik drgań wartości ważonych częstotliwościowo przyspieszeń drgań, różniąc się w zależności od rodzaju drgań oraz czasu ich trwania.

Drgania działające przez kończyny górne

​

Na podstawie otrzymanych przez miernik w trakcie pomiarów skutecznych wartości ważonych przyspieszeń drgań, mierzonych we wszystkich płaszczyznach (x, y, z) obliczana jest wartość postaci sumy wektorowej skutecznych przyspieszeń drgań zgodnie ze Wzorem 1.

Gdzie:

a²_hwxi, a²_hwxi, a²_hwxi : skuteczne wartości ważone przyspieszenia
a_hvi : wartość sumy wektorowej skutecznych ważonych przyspieszeń drgań [m/s²]

Następnie obliczany jest czas narażenia pracownika na drgania w ciągu doby, zgodnie ze Wzorem 2:

Gdzie:

n: liczna czynności narażających pracownika na drgania
t_i : czas trwania poszczególnej czynności w min

W zależności od czasu trwania dobowego narażenia oblicza się współczynnik odpowiadający ekspozycji dziennej lub ekspozycji krótkotrwałej.

Dla czasu narażenia równego lub mniejszego 30 min, obliczana jest krótkotrwała ekspozycja na drgania mechaniczne NDN. W jej ramach wybiera się maksymalną wartość sumy wektorów spośród wszystkich rodzajów czynności, dla których była ona obliczana, zgodnie ze Wzorem 3. W przypadku, jeżeli czas narażenia przekroczyły 30 min, ale poszczególne czynności nie przekraczały tego czasu, to dla nich należy również wyznaczyć ekspozycję krótkotrwałą (dodatkowo z ekspozycją dzienną).

Gdzie:

a_hvn : wartość sumy wektorowej skutecznych ważonych przyspieszeń drgań [m/s²] dla poszczególnego wydarzenia

a_hvmax : maksymalna wartość krótkotrwałej ekspozycji na drgania [m/s²]

Dla czasu narażenia przekraczającego 30 minut obliczana jest dzienna ekspozycja na drgania mechaniczne NDN. W tym wypadku obliczana jest 8 godzinna ekspozycja na drgania określona Wzorem 4:

Gdzie:

a_hvi : wartość sumy wektorów przyspieszenia drgań dla konkretnej czynności [m/s²]

t_i : czas trwania konkretnej czynności [min]

n : liczna konkretnych czynności w trakcie dnia pracy

T : 480 min

Drgania działające ogólnie

W kontekście drgań ogólnych, wyznaczanie wartości przyspieszenia użytej do oceny narażenia przebiega nieco inaczej. W miejsce sumy wektorowej przyspieszenia drgań, wyznaczana jest składowa dominująca spośród 3 płaszczyzn x, y i z. Oznacza to, że późniejsze wskaźniki określa się dla jednej dominującej płaszczyzny. Późniejsze działania związane z oceną krótkotrwałej i dziennej ekspozycji przebiegają bardzo podobnie.

Podobnie jak w przypadku drgań przenoszonych przez kończyny górne, należy wyznaczyć czas narażenia pracownika na drgania. Dokonuje się to również zgodnie ze Wzorem 2.

W przypadku czasu narażenia krótszego lub równego 30 min, oceniana jest krótkotrwała ekspozycja na drgania mechaniczne. Wyznacza się ją zgodnie ze Wzorem 5 jako wartość maksymalna z poszczególnych czynności, podczas których pracownik narażony jest na hałas. W zależności, która płaszczyzna (x, y lub z) została wybrana jako wartość do oceny, należy ją pomnożyć przez odpowiedni współczynnik: 

• dla osi x = 1,4
• dla osi y = 1,4
• dla osi z = 1

Gdzie:

a_win : wybrana najwyższa wartość spośród 3 płaszczyzn pomiarowych (x, y lub z)

a_wmax : maksymalna wartość krótkotrwałej ekspozycji na drgania [m/s²]

Dobową ekspozycję na drgania wyznacza się dla przypadku narażenia przekraczającego 30 minut. W tym celu wykorzystuje się Wzór 6. 

Gdzie:

a_hvi : wartość sumy wektorów przyspieszenia drgań dla konkretnej czynności [m/s²]

t_i : czas trwania konkretnej czynności [min]

n : liczna konkretnych czynności w trakcie dnia pracy

T : 480 min

Podsumowanie narażenia na

drgania na stanowiskach pracy

Narażenie na wibracje na stanowiskach pracy stanowi poważne zagrożenie zdrowotne, prowadząc do uszkodzeń układu mięśniowo-szkieletowego, zaburzeń krążenia oraz problemów neurologicznych. Monitorowanie i reagowanie w przypadku przekroczenia wartości krytycznych pozwala zmniejszyć ryzyko wystąpienia powikłań.

Wybór odpowiedniego miernika wibracji pozwoli na zmniejszenie ryzyko błędów pomiarowych, a co ważniejsze ułatwi pomiary i późniejszą analizę wyników.

Niezależnie od rodzaju drgań wpływających na organizm człowieka, czy są to drgania ogólne, czy drgania miejscowe, ocena narażenia ryzyka poprzez pomiary wibracji pomoże pracownikom narażonym na zbyt wysoki poziom drgań uniknąć konsekwencji, w tym zmian chorobowych.

Zachowując odpowiednią ekspozycję dzienną drgań o działaniu ogólnym i ograniczanie wibracji w postaci drgań miejscowych w miejscu pracy, zapewnimy komfort pracowników i bezpieczeństwo na stanowisku pracy.