振动污染控制工程

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。

振动污染控制工程对人体影响的评价标准

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。

振动污染控制工程城市区域的评价标准

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。

振动污染控制工程机械设备振动评价标准

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。

振动污染控制工程建筑物的允许振动标准

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。

在实际工程中，振动现象是不可避免的。人们在长期的实践中，积累了丰富的控制振动的有效方法。任何一个振动系统都可概括为三部分：振源、振动途径和接受体，并按照振源、振动途径(传递介质)、接受体这一途径进行传播。根据振动的性质及其传播的途径，振动的控制方法主要是通过控制振源、切断振动的途径和保护接受体来研究。

振动污染控制工程控制振源

虽然振源不同，就机械设备而言，引起振动的原因主要有以下三个：一是由突然的作用力或反作用力引起的冲击振动，如打桩机、剪板机、冲锻设备等，这是一种瞬间的作用力；二是由于旋转机械静平衡力所产生的不平衡力引起振动，如风机、水泵等；三是往复机械，如内燃机或空压机等，由于本身不平衡而引起振动。

改进振动设备的设计和提高制造、加工和装配精度，可以使其振动减小，是最有效的控制方法。例如，鼓风机、蒸汽轮机、燃气轮机等旋转机械，大多数转速在每分钟千转以上，其微小的质量偏心力或安装间隙的不均匀常带来严重的危害。性能差的风机往往是动平衡不佳，不仅振动厉害，还伴有强烈的噪声。为此，应尽可能调好其动、静平衡，提高其制造质量，严格控制安装问隙减少其离心、偏心惯性力的产生。

振动污染控制工程防止共振

当振动机械的振动频率与设备的固有频率一致时就会产生共振，产生共振的设备将振动得更加厉害，振动对设备本身的损伤也更大。由于共振的放大作用，其放大倍数可由几倍到几十倍，因此带来了十分严重的破坏和危害。手持的加工机械如锯、刨会产生强烈的振动并带有壳体的共振，产生的抖动使操作者手会感到难以忍受的麻；载重的货车在路面行驶时，往往对道路两侧的居民建筑物产生共振影响，会发生地面的晃动和门窗的抖动。最为著名的如美国塔克马峡谷中的长853 m、宽12 m的悬索吊桥，在1940年的8级飓风的袭击中发生了难以理解的振动，引起的共振使笨重的钢铁桥发生扭曲最后彻底毁坏。因此，减少和防止共振响应是振动控制的一个重要方面。

对于建筑物来说，主要振源是安装在建筑物内的辅助机械设备，另外建筑物外的如打桩机、地铁和机械工程以及载重卡车都能引起建筑物的共振。建筑物内振动的传递主要通过四种振动波，分别是纵向波、切向波、扭转波和弯曲波。

纵向波是一种沿着构件振动与传递方向一致的疏密波；切向波是沿构件横截面振动与传递方向垂直的一种疏密波；扭转波是由扭曲、剪切和旋转力所引起的；弯曲波是在构件表面产生的波动，是大多数材料最容易产生的一种波，是建筑构件振动传递的主要波。

为了防止建筑物产生共振响应，需要对建筑物各个构件各自的共振的频率进行估算。当机械设备安装在房屋地板(楼板)上时可用下式计算其固有频率：

式中：ε——地面(楼板)的变形量，m；

W——物体所受的重力，N；

K——弹簧的刚度系数，N/m；

m——物体的质量，kg。

只要估算出地面(楼板)的变形，便可以大致确定建筑结构中大多数公共系统中地面(楼板)的共振频率。

当机器安装在悬臂梁或间支梁不同位置时，由于梁的变形不同，固有频率也不同。当机器从梁的中心点移向支撑点时，由于梁的变形逐渐减小其固有频率也逐步提高。

振动污染控制工程隔振技术

对于环境来说，振动的影响主要是通过振动的传递来达到的，因此减少或隔离振动的传递就可以有效地控制振动。隔振就是利用振动元件阻抗的不匹配来达到减少振动传播的目的。隔振技术常应用在振源附近，把振动能量限制在振源上而不向外界扩散。以免激发其他构件的振动，有时也应用在需要保护的物体附近，把需要低振动的物体同振动环境隔开，避免物体受到振动的影响。采用大型基础来减小振动的影响是最常用最原始的方法。根据工程振动学原理合理地设计机器的基础，可以减少基础(和机器)的振动和振动向周围的传递。根据经验，一般的切削机床的基础是本身质量的1—2倍，冲锻设备要达到本身的2～5倍，有时达到10倍以上。

利用防振沟也是一种常见的防振措施，即在振动机械基础的四周开有一定宽度和深度的沟槽，里面可填充松软的物质(如木屑)来隔离振动的传递。一般来说，防振沟越深、隔振效果就越好，而沟的宽度取振动波长的1/20，当沟的深度为振动波长的1/4时振动幅度将减小1/2；当沟深为波长的3/4时，振幅将减小1/3；沟深进一步增大时，不仅施工困难，而且隔振效果也不明显。防振沟可用在积极隔振上，即在振动的机械设备周围挖掘防振沟；也可以用于消极隔振，即在怕振动干扰的机械设备附近，在其垂直方向上开挖防振沟。

在设备下安装隔振元件——隔振器，是目前在工程上常见的控制振动的有效措施。其隔振原理就是把物体和隔振器(主要是弹簧)系统的固有频率设计得比激发频率低得多(至少3倍)，再在隔振器上垫上橡皮、毛毡等垫子。安装这种隔振元件后，能真正起到减少振动与冲击力的传递作用，只要隔振元件选用得当，隔振效果可在85%～90%以上，而且不必采用上面提到的大型基础。对于一般的中小型设备，甚至可以不用地脚螺丝和基础，只要普通的地坪能承受设备的负荷就可。

振动污染控制工程阻尼减振

许多设备是由金属板制成的，例如，车、船、飞机的主体，机器的护壁，空气动力机械的管道壁。当其受到外界的激励时使会产生弯曲振动，辐射出很强烈的噪声，这类噪声称之为结构噪声。同时，这些薄板又可以将机械设备的噪声或气流噪声辐射出来。结构噪声不宜用隔声罩加以限制，因为隔声罩的壁壳受激励后也会产生辐射噪声。有时不但起不到隔声作用，反而因为增加了噪声的辐射面积而使噪声变得更加强烈。

结构噪声的控制一般有两种方法：第一种，在尽量减少噪声辐射面积、去掉不必要的金属板面的基础上，利用阻尼材料，即在金属结构上涂一层阻尼材料来抑制结构振动减少噪声。结构噪声的大小与材料的阻尼特性有密切关系，在同样的外界激励的情况下，材料的阻尼结构越大，其结构振动就越弱，噪声也就越低。二是非材料阻尼即利用一些如固体摩擦阻尼器、电磁阻尼器和液体摩擦器等来降低振动。

需要注意：阻尼减振与隔振在性质上是不同的，减振是在振源上采取措施，直接减弱振动而隔振措施并不一定要求减弱振源的本身振动幅度，而只是把振动加以隔离，使振动不容易传递到需要控制的部位。

阻尼的作用是将振动的动能转化为热能而消耗掉。材料阻尼的大小取决于其内部分子运动使这种能量转化的能力。合理的材料选择，可以有效的降低振动系统的振动和噪声，它同材料本身的弹性模量和消耗因子有关。衡量材料阻尼的大小，可以用材料损耗因子η来表征，它不仅可以作为对材料内部阻尼的量度，还可以成为涂层与金属薄板复合系统的阻尼特征的量度。同时，η与薄板的固有振动、在单位时间内转变为热能而散失的部分振动能量成正比。η值越大，则单位时间内损耗的振动能量越多，减振的阻尼效果越好。一般的，金属材料的损耗因子小，而非金属材料一般具有较高的阻尼，损耗因子大，而且往往随着温度和频率而变化。

近十年来，国内新开发的应用于减振工程的材料有阻尼合金和黏弹性阻尼材料。阻尼合金是一种新型的具有较高阻尼损耗因子的金属材料，既是结构材料又有好的阻尼性能，其弹性模量在10¹¹Pa左右，损耗因子在0.05—0.15之间。黏弹性阻尼材料是应用很广泛的非金属阻尼材料，弹性模量为10⁶Pa左右，损耗因子大于1，最高可达2左右，在工程上常常将它与金属板材黏结成具有很高的强度又有较大结构损耗因子的阻尼结构，来抑制和减弱随机振动和多自由度的结构共振。 2100433B

声波是物体的机械振动产生的一种能在特定介质(包括固态介质、液态介质和气态介质)中传播的纵波。物体振动通过空气传播的波称为噪声，通过固体或液体传播的波称为振动。

来自自然界的振动主要是地震和海啸。实际上，影响人类活动的振动污染主要是人为造成的，其发生源包括高速行驶的车辆、飞速运转的机器、喷气打桩的打桩机等等。人为造成的振动虽然不像地震那样破坏性极强，但是，它对人体健康带来的损害是持久而深远的。因此，科学家们把振动也视为一种污染。次声波的特点是频率低、波长长、穿透力强，故其可传播至很远的地方而能量衰减很小。飞驰的车辆、飞速运转的机器、打桩机打桩、火箭发射、核爆炸等等，都是次声波的一种形式。

环境振动污染即振动超过一定的界限时，对人体的健康和设施产生损害，对人的生活和工作环境形成干扰，或使机器、设备和仪表不能正常工作。与噪声污染一样，振动污染带有强烈的主观性，是一种危害人体健康的感觉公害。

振动污染和噪声污染一样是局部性的，即振动传递时，随距离增大而衰减，仅涉及振动源邻近的地区。振动污染也不像大气污染那样随气象条件而改变，也不污染场所，是一种瞬时性的能量污染，正如在地震时所见到的那样，振动只是简单通过在地基内的物理变化传递，随着距离衰减而逐渐消失，不引起环境的其他变化。

随着社会发展，接触振动作业的人数日益增多，振动污染导致的职业危害也越来越引起人们的重视。目前，从事声学、力学、机械制造等专业的科技人员大多都从事振动研究。

振动污染控制工程定义

振动是指力学系统在观察时间内，它的位移、速度或加速度往复经过极大值和极小值变化的现象。任何物理量，当其平衡位置围绕平均值或基准值作从大到小，又从小到大的周期性往复运动时，都可称该物理量在振动。换言之，当一个物体处于周期性往复运动的状态，就可以说物体在振动。振动是自然界中普遍存在的现象，在日常生产和生活中极为常见。物体振动产生声音，因此振动与声音密切相关，但又有相对的独立性，声音的产生、传播和接收都离不开振动。

振动污染控制工程振源

振源按其来源可分为自然振源和人工振源两大类：自然振源如地震、海浪和风等；人工振源如运转的各种动力设备、建筑施工使用的一些设备、运行的交通工具、电声系统中的扬声器、人工爆破等。

振动按其动态特征又可分成四类：①稳态振动，即观测时间内振级变化不大的环境振动，如空气压缩机、柴油机、发电机、通风机等；②冲击振动，即具有突发性振级变化的环境振动，如锻压设备以及建筑施工机械等；③元规则振动，即任何时刻不能预先确定振级的环境振动，如道路交通振动、居民生活振动、房屋施工、地震等；④铁路振动，即由铁路列车行驶带来的轨道两侧30m外的环境振动。人的生命现象也离不开振动，心脏的搏动、耳膜和声带的振动，都是人体不可缺少的功能。

振动污染控制工程危害

1、对人体的危害

振动作用于人体，会伤害到人的身心健康。振动对于人体的影响可分为全身振动和局部振动。全身振动是由环境振动引起，是指人直接位于振动物体上时所受到的振动。全身振动对人体健康的影响是多方面的，如呼吸加快、血压改变、心率加快、胃液分泌和消化能力下降、肝脏的解毒功能代谢发生障碍等。局部振动是指手持振动物体时引起的人体局部振动，它只施加在人体的某个部位。长期局部振动引起的振动病，主要表现为肢端血管痉挛、周围神经末梢感觉障碍和上肢骨与关节改变，称之为职业性雷诺症、血管神经症和振动性“白指”病。

(1)振动频率

人能感觉到的振动按频率范围分为低频振动(30Hz以下)、中频振动(30～100Hz)和高频振动(100Hz以上)。对于人体最有害的振动频率是与人体某些器官固有频率相吻合(共振)的频率。这些固有频率是：人体在6Hz附近；内脏器官在8Hz附近；头部在25Hz附近；神经中枢则在250Hz左右；低于2Hz的次生振动甚至有可能引起人的死亡。

(2)振动振幅及加速度

振动对人体的影响，常因振幅或加速度的不同而表现出不同的效应。当振动频率较高时，振幅起主要作用，比如作用于全身的振动频率为40～120Hz时，一旦振幅达0．05～1．3mm就会对全身都有害。高频振动主要对人体和组织的神经末梢发生作用，引起末梢血管痉挛的最低频率是35Hz。

当振动频率较低时，则振动加速度起主要作用。试验表明，人体处于匀速运动状态下是无感觉的，而且匀速运动速度的大小对人体也不产生任何影响。当人处在变速运动状态时，就会受到影响，也就是加速度对人体会有影响。加速度以m/s²为单位，考虑其对人体振动的影响则以重力加速度g来表示，g—9.8m/s²。

频率为15～20Hz范围的振动，加速度在4.9m/s²以下，对人体不致造成有害影响。随着振动加速度的增大，会引起前庭装置反应以致造成内脏、血液位移。变速或撞击，如果时间极短，人体所能忍受的加速度比上述值大得多。如果持续时间不超过0.1S，人体直立向上运动时能忍受(不受伤害)的加速度为156.8m/s2，而向下运动时为98m/s²，横向运动时则为392m/s²。如果加速度超过这一数值，便会造成皮肉青肿、骨折、器官破裂、脑震荡等损伤。

(3)振动作用时间

在振动作用下的时间越长，对人体的影响就越大。因此，评价振动对人体是否有危害，必须考虑人体暴露在振动下的时间长短。

(4)人的姿势

立位时对垂直振动比较敏感，而卧位时对水平振动比较敏感。人的神经组织和骨骼都是振动的良好传导体。

2、对机械设备的危害和对环境的污染

在工业生产中，机械设备运转发生的振动大多数是有害的。振动使机械设备本身疲劳和磨损，从而缩短机械设备的使用寿命，甚至使机械设备中的构件发生刚度和强度破坏。对于机械加工机床，如振动过大，可使加工精度降低；飞机机翼的颤振、机轮的摆动和发动机的异常振动，都有可能造成飞行事故。各种机器设备、运输工具会引起附近地面的振动，并以波动形式传播到周围的建筑物，造成不同程度的环境污染，从而使振动引起的环境公害日益受到人们的关注。具体说来，振动引起的公害主要表现在以下几个方面。

①由振动引起的对机器设备、仪表和建筑物的破坏，主要表现为干扰机器设备、仪表的正常工作，对其工作精度造成影响，并由于对设备、仪表的刚度和强度的损伤造成其使用寿命的降低；振动能够减弱建筑物的结构强度，在较强振源的长期作用下，建筑物会出现墙壁裂缝、基础下沉，甚至发生当振级超过140dB(A)使建筑物倒塌的现象。

②冲锻设备、加工机械、纺织设备如打桩机、锻锤等都可以引起强烈的支撑面振动，有时地面垂直向振级最高可达150dB(A)左右。另外为居民日常服务和维护服务的如锅炉引风、水泵等都可以引起75～130dB(A)之间的地面振动，超过75dB(A)时，便产生烦躁感，85dB(A)以上，就会严重干扰人们正常的生活和工作，甚至损害人体健康。

③机械设备运行时产生的振动传递到建筑物的基础、楼板或其相邻结构，可以引起它们的振动，这种振动可以以弹性波的形式沿着建筑结构进行传递，使相邻的建筑物空气发生振动，并产生辐射声波，引起所谓的结构噪声。由于固体声衰缓慢，可以传递到很远的地方，所以常常造成大面积的结构噪声污染。

④强烈的地面振动源不但可以产生地面振动，还能产生很大的撞击噪声，有时可达100dB(A)，这种空气噪声可以以声波的形式进行传递，从而引起噪声环境污染，进而影响人们的正常生活。

宏源振动公司简介

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双原子分子只有一种振动形式即伸缩振动（stretching vibration）。多原子分子的振动复杂，但基本上包括两类振动形式，即伸缩振动和弯曲振动（bending vibration） 。研究各种分子的振动形式，便于进一步了解光谱中吸收峰的起因、数目及变化规律。