物理性污染控制_第三章_振动污染及其控制解析

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1、第三章第三章 振动污染及其控制振动污染及其控制 第一节第一节 概述概述 一、振动与振动污染一、振动与振动污染 二、振动污染源二、振动污染源 三、振动的影响三、振动的影响 一、振动与振动污染一、振动与振动污染 1 1、振动：、振动： 广义地讲，任一个物理量在某一定值附近作周期广义地讲，任一个物理量在某一定值附近作周期 性的变化均称为性的变化均称为振动振动。 如：地震如：地震 声的产生、传播和接收声的产生、传播和接收( (声带、耳膜声带、耳膜) ) 电磁振动电磁振动 光的波动光的波动 晶体中原子的振动晶体中原子的振动 心脏的搏动心脏的搏动 海浪起伏海浪起伏 机械振动：机械振动：指物体在平衡位置附近

2、作指物体在平衡位置附近作往复运动往复运动 。 如：汽车、火车运动中的振动如：汽车、火车运动中的振动 飞机、船舶航行中的振动飞机、船舶航行中的振动 机床和刀具在加工时的振动机床和刀具在加工时的振动 桥梁和建筑物在阵风或地震激励下的振动桥梁和建筑物在阵风或地震激励下的振动 各种动力机械的振动各种动力机械的振动 控制系统中的自激振动控制系统中的自激振动 振动的利用：振动的利用： 琴弦振动；振动沉桩、振动拔桩以及振动捣固；琴弦振动；振动沉桩、振动拔桩以及振动捣固； 振动检测；振动传输、筛选、研磨、抛光；振动检测；振动传输、筛选、研磨、抛光； 振动压路机、振动给料机和振动成型机等。振动压路机、振动给料机

3、和振动成型机等。 2 2、振动污染、振动污染 振动污染：振动污染： 振动超过一定的界限，振动超过一定的界限，轻则轻则对人的生活和工作环对人的生活和工作环 境形成干扰，降低机器及仪表的精度；境形成干扰，降低机器及仪表的精度；重则重则危害危害 人体健康、引起机械设备及土木结构的破坏。人体健康、引起机械设备及土木结构的破坏。 振动污染特点：振动污染特点： 主观性主观性 局部性局部性 瞬时性瞬时性 二、振动污染源二、振动污染源 环境振动污染的主要来源环境振动污染的主要来源 自然振动：自然振动：地震、火山爆发等地震、火山爆发等 人为振动：人为振动：工厂振动源、工程振动源、道路交通工厂振动源、工程振动源、

4、道路交通 振动源、低频空气振动源。振动源、低频空气振动源。 1 1、工厂振动源、工厂振动源 工工业业业业生生产产产产中的振中的振动动动动源主要有旋源主要有旋转转转转机械、往复机机械、往复机 械、械、传动轴传动轴传动轴传动轴 系、管道振系、管道振动动动动。 振振级为级为级为级为 60100dB,60100dB, 峰峰值频值频值频值频 率在率在10125Hz10125Hz范范围围围围。 2 2、工程振动源、工程振动源 3 3、道路交通振动源、道路交通振动源 5 5、低频空气振动源：、低频空气振动源：指人可听见的指人可听见的100 Hz 100 Hz 左右低频。左右低频。 工程施工工程施工现场现场现

5、场现场 的振的振动动动动源主要有打源主要有打桩桩桩桩机、打夯机、机、打夯机、 水泥水泥搅搅搅搅拌机、碾拌机、碾压设备压设备压设备压设备 、爆破作、爆破作业业业业以及各种大型以及各种大型 运运输输输输机机车车车车等。振等。振级为级为级为级为 60100dB60100dB。 主要是主要是铁铁铁铁路和公路振源。在离路和公路振源。在离轨轨轨轨3030米米处处处处，振，振动频动频动频动频 率在率在2080 2080 Hz Hz 范范围围围围内内; ;振振级级级级在在75 75 90 90 dBdB范范围围围围内。公内。公 路的振路的振动频动频动频动频 率主要在率主要在5-63Hz5-63Hz范范围围围围

6、，振，振级级级级在在 6590dB 6590dB 范范围围围围。 4 4、农业机械：、农业机械：拖拉机、收割机、脱粒机。拖拉机、收割机、脱粒机。 振动污染源按其形式又可分为：振动污染源按其形式又可分为： 固定式单个振动源；固定式单个振动源； 集合振动源。集合振动源。 振动污染源按其动态特征又可分为：振动污染源按其动态特征又可分为： 稳态振动稳态振动 冲击振动冲击振动 无规则振动无规则振动 铁路振动。铁路振动。 三、振动的危害三、振动的危害 1 1、振动对人体的危害、振动对人体的危害 按作用于人体的部位和传导方式按作用于人体的部位和传导方式 局部振动：局部振动：指振动通过手臂传导至全身。指振动通

7、过手臂传导至全身。 风动工具：风动工具：铆钉机、凿岩机、捣固机等。 电动工具：电钻、砂轮机、铣床等。 煤矿工人使用电钻打眼 工人使用砂轮机打磨工件 工 人 使 用 风 钻 打 眼 铁道工人使用捣固机夯实铁轨 全身振动：全身振动：指通过下肢或躯干传导至全身的振动。指通过下肢或躯干传导至全身的振动。 交通工具：汽车、火车、船舶、飞机交通工具：汽车、火车、船舶、飞机 农机械：拖拉机、收割机等农机械：拖拉机、收割机等 作业台：钻井平台、振动筛、采矿船等作业台：钻井平台、振动筛、采矿船等 l （1 1）局部振动）局部振动全身性全身性 神经系统神经系统：以上肢手臂末梢神经功能障碍为主以上肢手臂末梢神经功能

8、障碍为主 ，常以多发性末梢神经炎的形式出现。表现为皮肤，常以多发性末梢神经炎的形式出现。表现为皮肤 感觉迟钝、振动觉和痛觉减退，神经传导速度减慢感觉迟钝、振动觉和痛觉减退，神经传导速度减慢 ，反应潜伏期延长等。，反应潜伏期延长等。 心血管系统心血管系统：血压、心率不稳，手多汗等。血压、心率不稳，手多汗等。 高频率、小振幅振动可引起血管收缩和血压上升，高频率、小振幅振动可引起血管收缩和血压上升， 甚至引发血管痉挛；低频率、大振率振动则可使血甚至引发血管痉挛；低频率、大振率振动则可使血 管扩张和血压下降，心电图异常。管扩张和血压下降，心电图异常。 4040300Hz300Hz的振动可引起末梢毛细血

9、管形态和的振动可引起末梢毛细血管形态和 张力发生改变。张力发生改变。 骨骼骨骼- -肌肉系统肌肉系统：手部肌肉萎缩（鱼际肌和指手部肌肉萎缩（鱼际肌和指 间肌多见），手握力和手指捏合力下降。间肌多见），手握力和手指捏合力下降。 40Hz40Hz以下大振幅冲击振动可引起骨和关节改变以下大振幅冲击振动可引起骨和关节改变 ，以指骨、掌骨、腕骨和肘关节多见，主要表现为，以指骨、掌骨、腕骨和肘关节多见，主要表现为 脱钙、囊样变，骨皮质增生，骨岛形成，无菌性骨脱钙、囊样变，骨皮质增生，骨岛形成，无菌性骨 坏死以及骨关节变形等。坏死以及骨关节变形等。 其它系统其它系统，如免疫系统、内分泌系统功能异常如免疫系统

10、、内分泌系统功能异常 。与噪声共存时，可加重噪声对听力的损害。与噪声共存时，可加重噪声对听力的损害。 局部振动病：局部振动病：长期使用振动工具而引起的以长期使用振动工具而引起的以末末 梢循环障碍为主的疾病，也可累及肢体神经和运动梢循环障碍为主的疾病，也可累及肢体神经和运动 功能。发病部位多在上肢末端，发作性手指变白是功能。发病部位多在上肢末端，发作性手指变白是 其典型表现。其典型表现。 正常手部颜色正常手部颜色雷诺氏症雷诺氏症振动性白振动性白 指指 正常指关节图像正常指关节图像 （2）全身振动一般为低频率大振幅振动 振动强度大、时间长，则可产生多器官、系统 的不良影响，如机械性损伤，呼吸增强、

11、低碳酸血 症，交感神经紧张，抑制胃酸分泌和胃肠蠕动，作 业能力与工效降低。 振动病：振动病：亦称晕动病，由不同方向的振动加速 度反复过度刺激前庭器官所引起的一系列急性反应 症状。患者先出现疲劳，出冷汗，面色苍白等，继 之眩晕、恶心、呕吐，甚至血压下降，视物模糊， 频繁呕吐还可引起水电解质紊乱，少数严重反应者 甚至出现休克。 2、振动对构建物的危害 振动通过地基传递到房屋等构建物，导致构振动通过地基传递到房屋等构建物，导致构 建物破坏，其影响程度取决于振动的频率和强度建物破坏，其影响程度取决于振动的频率和强度 。 共振的放大作用会带来更严重的破坏的危害。共振的放大作用会带来更严重的破坏的危害。

12、载重车辆对道路两侧建筑物产生共振，发生载重车辆对道路两侧建筑物产生共振，发生 地面晃动和门窗抖动。地面晃动和门窗抖动。 振动可能引起结构的大变形破坏，有的桥梁振动可能引起结构的大变形破坏，有的桥梁 曾因振动而坍毁曾因振动而坍毁塔科马大桥塔科马大桥 2010年5月22日，欧洲最长大桥俄罗斯境 内长达7公里的伏尔加河大桥发生离奇晃动 难得一见的飞机难得一见的飞机“ “音障音障” ”共振现象共振现象 战神突破音障 2000年亚特兰蒂斯号航天飞机升空时突破音障瞬间 第二节第二节 振动基础振动基础 振动问题的研究方法振动问题的研究方法与分析其他动力学问 与分析其他动力学问 题不同的是：一般情形下，题不同

13、的是：一般情形下， 都选择平衡位置作为都选择平衡位置作为 广义坐标的原点。广义坐标的原点。 一、简谐振动基本概念一、简谐振动基本概念 简谐振动：简谐振动：物体运动时，离开平衡位置的位移物体运动时，离开平衡位置的位移 ( (或角位移或角位移) )按余弦按余弦( (或正弦或正弦) )规律随时间变化。规律随时间变化。 1 1、特征、特征 弹簧振子：连接在一起的一个忽略了质量的弹簧和弹簧振子：连接在一起的一个忽略了质量的弹簧和 一个不发生形变的物体系统。一个不发生形变的物体系统。 平衡位置：平衡位置：物体做往复运动时，在某位置所受的力物体做往复运动时，在某位置所受的力 ( (或力矩或力矩) )等于零，

14、则此位置称平衡位置。等于零，则此位置称平衡位置。 动力学特征动力学特征 回复力：回复力：作简谐运动的质点所受的沿位移方向的合作简谐运动的质点所受的沿位移方向的合 外力外力, , 该力与位移成正比且反向。该力与位移成正比且反向。 运动学特征运动学特征: : 2. 2. 规律规律 解解 图 图图 图图 取 简谐振动中质点位移、速度、加速度与时间的关系简谐振动中质点位移、速度、加速度与时间的关系: : 3、简谐振动的振幅、周期、频率和相位 (1)(1)振幅振幅: : 物体离开平衡位置的最大位移的绝对值。物体离开平衡位置的最大位移的绝对值。 由初始条件确定 (2)(2)周期和频率周期和频率 周期：周期

15、：物体作一次完全运动所经历的时间。物体作一次完全运动所经历的时间。 频率：频率：单位时间内物体所作完全运动的次数。 圆频率圆频率: : 物体在物体在22 秒内所作的完全运动的次数秒内所作的完全运动的次数。 (3)(3)相位和初相相位和初相 相位 ：决定简谐运动状态的物理量。 初相位 ：t =0 时的相位。 相位概念可用于比较两个谐振动之间在振动相位概念可用于比较两个谐振动之间在振动 步调上的差异。步调上的差异。 二、简谐振动的合成二、简谐振动的合成 1 1、两个同方向同频率简谐运动的合成、两个同方向同频率简谐运动的合成 两个同方向同频两个同方向同频 率简谐运动合成率简谐运动合成 后仍为简谐运动

16、后仍为简谐运动 1 1）相位差相位差 讨论讨论 相互加强相互加强 2 2）相位差相位差 相互削弱相互削弱 3 3）一般情况一般情况 频率较大而频率之差很小的两个同方向简谐运动的频率较大而频率之差很小的两个同方向简谐运动的 合成，其合振动的振幅时而加强时而减弱的现象叫拍频合成，其合振动的振幅时而加强时而减弱的现象叫拍频. . 2 2、两个同方向不同频率简谐运动的合成、两个同方向不同频率简谐运动的合成 合振动频率 振幅部分 A 讨论 , 的情况 拍频(振幅变化的频率) 三、冲击波振动三、冲击波振动 大多是冲压、锤锻之类的物体碰撞、下落运动产 生的振动。所谓冲击是指给予系统的激励，与该系统 的固有振动周期相比，这种激励能在很短时间内终结 。 冲冲 击击 波波 及及 其其 频频 谱谱 示示 意意 图图