Тема 7. Механические и акустические колебания. Защита от шума, вибрации и ультразвука

79. Влияние шума на организм человека[2, с. 160;7, с.90; 8, c.174; 9, с.62; 24, с.90; 28, c. 124]

Шум , вибрация и ультразвук представляют собой колебания материальных частиц газа, жидкости или твердого тела. Производственные процессы часто сопровождаются значительным шумом, вибрацией и сотрясениями, которые отрицательно влияют на здоровье и могут вызвать профессиональные заболевания.

Рис. 30. График кривых равной громкости

Слуховой аппарат человека обладает разной чувствительностью к звукам различной частоты. Наибольшей чувствительностью - на средних и высоких частотах (800-4000 Гц) и наименьшей - на низких (20-100Гц). Поэтому для физиологической оценки шума используют кривые равной громкости (рис. 29), полученные по результатам изучения свойств органа слуха, которые позволяют оценивать звуки различной частоты по субъективному ощущению громкости, т.е. судить о том, какой из них сильнее или слабее.

Уровни громкости измеряются в фонах. На частоте 1000 Гц уровни громкости приняты равными уровням звукового давления.

По характеру спектра шумы подразделяются на:

· · широкополосные - спектр больше одной октавы (октава, когда f_н отличается от f_к в 2 раза) ;

· · тональные - слышится один тон или несколько.

По времени шумы подразделяются на постоянные-(уровень за 8 часовой рабочий день изменяется не более 5 дБ) и непостоянные (уровень меняется за 8 час. рабочего дня

не менее 5 дБ). Различают непостоянные шумы:

· · колеблющиеся во времени – постоянно изменяются по времени;

· · прерывистые - резко прерываются с интервалом 1 с. и более;

· · импульсные - сигналы с длительностью менее 1 с.

Всякое возрастание шума над порогом слышимости увеличивает мускульное напряжение, значит повышает расход мышечной энергии. Под влиянием шума притупляется острота зрения, изменяются ритмы дыхания и сердечной деятельности, снижается трудоспособность, ослабляется внимание. Кроме того, шум вызывает повышенное раздражение и нервозность.

Тональный (преобладает определенный тон) и импульсный (прерывистый) шумы более вредны для здоровья человека, чем широкополосный шум. В первую очередь снижается чувствительность на высоких частотах. Длительное воздействие шума приводит к глухоте, особенно с превышением уровня 85-90 дБ.

80. Измерение уровня шума[7, с. 103; 8, c. 126, 203; 9, с. 65; 24, с. 90; 28, c. 117]

Для измерения уровня шума используется шумомер; в нем звук, воспринимаемый микрофоном, преобразуется в электрические колебания, которые усиливаются, пропускаются через фильтры, выпрямляются и регистрируются стрелочным прибором. Современные приборы имеют три шкалы с частотными характеристиками А, В, С.

Характеристика А имитирует кривую чувствительности уха человека, измеряется в дБА (замер без фильтров); С - линейная во всем диапазоне частот; В - большая чувствительность к низким частотам. Кроме того, имеется режим "медленно" и "быстро".

81. Нормирование уровня шума[7, с. 93; 9, с. 91; 24, с. 90]

Нормирование уровней шума в производственных условиях осуществляется по ГОСТ 12.1.003, где устанавливаются допустимые уровни звукового давления дБ на рабочих местах в определенных (октавных) полосах частот со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Например, рабочие места в производственных помещениях соответственно: 99, 92, 86, 83, 80, 78, 76, 74 дБ или 85 дБА.

Среднегеометрическая октавная (третьоктавная) полоса частот определяется:

где

f_н, f_в - нижняя и верхняя граничные частоты, для октавных полос f_в/f_н = 2, для третьоктавных f_в /f_н = 1.26.

82. Меры борьбы с шумом [7, с. 98; 8, c.182; 9, с. 67; 24, с. 91; 28, c.126]

Для уменьшения уровней шума применяются нижеперечисленные технические, строительно-акустические и организационные мероприятия.

Подавление шума в источниках:

· · замена ударных взаимодействий деталей безударными;

· · замена возвратно-поступательных движений вращательными;

· · создание форм деталей, плавно обтекаемых воздухом;

· · замена подшипников качения подшипниками скольжения;

· · замена штамповки прессованием, клепки - сваркой, обрубки - резкой;

· · замена прямозубых шестерней - на косозубые, шевронные;

· · повышение класса точности обработки деталей, шестерен;

· · замена зубчатых и цепных передач - клиноременными или зубчато-ременными;

· · применение принудительного смазывания трущихся поверхностей;

· · рименение "малошумящих" материалов (капроновые, текстолитовые - менее шумные);

· · статическая и динамическая балансировка деталей;

· · применение глушителей шума, звукоизолирующих кожухов.

Предупреждение распространения шума - звукоизоляция и звукопоглощение.

При звукоизоляции уменьшается уровень шума, который распространяется за счет колебания преграды. Для звукоизоляции применяются плотные, жесткие, массивные перегородки. При этом ослабление зависит от массы перегородки, а не от ее материала. Большее ослабление достигается при слоистых перегородках, с воздушными промежутками между слоями.

При звукопоглощении звук ослабляется за счет поглощения звуковой энергии в порах материала перегородки (войлок, вата, пемза).

Наряду с пористыми материалами для звукопоглощения применяются специальные мастики, которыми покрываются перегородки и отдельные части машин.

Строительные и организационные меры:

Рис. 31. Акустическая обработка помещений:
а - звукопоглощающие облицовки; б - штучные звукопоглощатели;
1 – защитный перфорированный слой; 2 – звукопоглощающий материал; 3 – защитная стеклоткань; 4 – стена или потолок; 5 – воздушный промежуток; 6 – плита из звукопоглощающего материала.

• увеличение расстояния от источника шума - концентрация цехов с большим уровнем шума и удаление их от других производственных помещений;

· · покрытие внутренних поверхностей помещения звукопоглощающими облицовками;

· · размещение в помещениях штучных звукопоглощателей (объемные тела, заполненные звукопоглощающим материалом и подвешенные к потолку – рис. 31); так как интенсивность шума в помещениях зависит не только от прямого, но и отраженного звука, который может быть уменьшен за счет увеличения площади звукопоглащения помещения;

· · закрытие машин звукоизоляционными кожухами (рис. 32);

· · устройство экрана (с покрытием их звукоизолирующими материалами) между машиной и рабочим местом;

· · рациональный режим труда и отдыха;

· · сокращение времени нахождения в шумовых условиях;

· · контроль уровней шума на рабочих местах.

В качестве звукопоглощающего материала применяют ультратонкое стекловолокно, капроновое волокно, минеральную вату, древесноволокнистые и минераловатные плиты, пористый поливинилхлорид и др. Толщина облицовок составляет - 20 - 200 мм. В низких помещениях облицовывают только потолок, т. к. стены в них практически не влияют на отражение звука, а в высоких и вытянутых помещениях – облицовывают как стены, так и потолок.

Рис. 32. Звукоизолирующий кожух:
1 - отверстие для отвода тепла; 2 – упруговязкий материал; 3 – корпус; 4 – звукопоглощающий материал; 5 – виброизолятор.

83. Индивидуальные средства защиты от шума [7, с.104; 8, c. 206; 9, с. 68]

При некоторых производственных процессах, например, клепка, обрубка, штамповка, зачистка, трудно или невозможно эффективно снизить шум. В этих случаях применяются средства индивидуальной защиты (ГОСТ 12.4.0.51 - Средства индивидуальной защиты органа слуха).

Противошумы по 12.4.011 подразделяются на три типа:

· · наушники, закрывающие ушную раковину;

· · вкладыши, перекрывающие наружный слуховой канал (пробка);

· · шлемы, закрывающие часть головы и ушную раковину.

Наушникипо способу крепления на голове подразделяются на: независимые (с оголовьем); встроенные в головной убор (каски, шлемы, косынки) или другое защитное устройство (респиратор, очки, щитки и т.п.).

Вкладыши (мягкие тампоны из ультратонкого волокна, материала или из эбонита, резины) делятся на изделия многократного и одноразового пользования.

Наушники и вкладыши делятся по ГОСТ 12.4.051 на группы А,Б,В по их эффективности в дБ в октавных полосах частот.

На предприятиях зоны звука интенсивностью 85 дБ (шкала А шумомера - замер без фильтров) должны обозначаться знаками безопасности, и работающие в этих зонах должны быть обеспечены средствами индивидуальной защиты. Запрещается даже кратковременное пребывание в зонах со звуковым давлением более 135 дБ в любой полосе частот. В технических условиях на машины и паспорт должны быть указаны значения шумовых характеристик машин, измерение шума проводится в соответствии с ГОСТ 12.1.003.

84. Опасность ультразвука для человека. Нормирование ультразвука. [8, с .207]

Ультразвук также широко применяется в промышленности: пайка-сварка, механическая обработка твердых и хрупких материалов, дефектоскопия.

Однако ультразвук вредно воздействует на человека: может вызвать перегрев тканей тела, слабость, усталость, головные боли, боли в ушах.

Установлены допустимые уровни звукового давления на рабочих местах (ГОСТ 12.1.001. Ультразвук. Общие требования безопасности. 1982г.): для полос частот со среднегеометрической частотой 12500 Гц - уровень звукового давления - 75 дБ; для 16000 Гц - 85, для 20000 и свыше - 110 дБ.

85. Защита от ультразвука [8, с. 207; 24, c. 100]

Вредное воздействие ультразвука снижается за счет:

· · уменьшения вредного излучения в источнике (повышение рабочих частот ультразвука, исключение паразитного излучения звуковой энергии);

• локализации действия ультразвука (размещения установок в кабинах, заключение их в кожухи, экраны из стекла).

Эти меры обеспечивают защиту от ультразвука через воздух. Защита от влияния ультразвука при контактном облучении состоит в полном исключении непосредственного соприкосновения работающих с инструментом, жидкостью и изделиями. Загрузку и выгрузку изделий производят при выключенном источнике ультразвука или при помощи щипцов с удлиненными и виброизолированными ручками.

Выполняются организационно-профилактические мероприятия (ограничение возраста - 16 лет, медицинские осмотры, обучение и инструктаж, режим труда и отдыха) и используются средства индивидуальной защиты (резиновые перчатки).

Для исключения воздействия ультразвука через твердые и жидкие среды применяются специальные держатели, манипуляторы для дистанционного управления.

Многие из средств и мер по борьбе с шумом применимы к ультразвуку, в том числе и индивидуальные защитные средства. Контроль уровней звукового давления (ультразвука) проводится после установки оборудования, его ремонта и периодически, не реже 1 раза в год, в 5 см от уха работающего в его основной рабочей позе. Временная характеристика прибора переключается в положение "быстро".

Предприятие-изготовитель должно указывать в документации ультразвуковую характеристику оборудования - уровни звукового давления в контактных точках на высоте 1,5 м от пола, на расстоянии 0,5 м от контура машины и не менее 2 м от окружающих поверхностей. Измерения проводятся не менее чем в четырех контрольных точках, расстояние между которыми не должно превышать 1 м.

86. Опасность вибрации для человека[2, с. 156; 8, c.135; 9, с. 61; 24, с. 72; 28, c. 119; ГОСТ 12.1.012]

Колебания материальных тел при низких частотах (3-100 Гц) с большими амплитудами (0,003-0,5 мм) ощущаются человеком как вибрация и сотрясение. Вибрации широко используются на производстве: уплотнение бетонной смеси, бурение шпуров (скважин) перфораторами, рыхление грунтов и др.

Однако вибрации и сотрясения оказывают вредное влияние на организм человека, вызывают виброболезнь - неврит. Под воздействием вибрации происходят изменения в нервной, сердечно-сосудистой и костно-суставной системах: повышение артериального давления, спазмы сосудов конечностей и сердца. Заболевание сопровождается головными болями, головокружением, утомляемостью, онемением рук, побелением пальцев рук.

Особенно вредны колебания с частотой 6-9 Гц, эти частоты близки к собственным колебаниям внутренних органов и приводят к резонансу, в результате происходит смещение внутренних органов (сердца, легких, желудка) и раздражение.

Качественные и количественные критерии и показатели неблагоприятного воздействия вибрации на человека-оператора устанавливаются санитарными нормами, правилами и др. нормативными документами Министерства здравоохранения РФ.

Установлены следующие критерии оценки неблагоприятного воздействия вибрации:

• критерий “безопасность”- обеспечивает ненарушение здоровья оператора;
• критерий “граница снижения производительности труда” - обеспечивает неснижение производительности труда;
• критерий “комфорт”- обеспечивает ощущение комфорта.

Рис. 33. Направление координатных осей при действии общей вибрации:
а – положение стоя; б – положение сидя;.

Вибрационная безопасность труда обеспечивается:

· · системой технических, технологических и организационных мероприятий;

• системой проектных и технологических решений производственных процессов по снижению вибрационной нагрузки на оператора;

• системой организации труда и профилактических мероприятий на предприятиях, ослабляющих отрицательные воздействия вибрации на оператора.

Вибрации характеризуются амплитудой смещения – А, это величина наибольшего отклонения колеблющейся точки от положения равновесия в мм; амплитудой колебательной скорости - V м? с^-1; амплитудой колебательного ускорения – а м? с^-2; периодом - Т с; частотой колебаний - f Гц.

По способу передачи на человека вибрация подразделяется (ГОСТ 12.1.012. Вибрация. Общие требования безопасности) на:

· · общую, передающуюся на тело человека через опорные поверхности ( рис. 33);

• локальную, передающуюся через руки человека (рис. 34).

По направлению действия вибрации подразделяются по "осям" системы координат: при общей X_О,Y_О,Z_О и локальной X_л ,Y_л,Z_л вибрации.

Для общей вибрации оси: Z_О - вертикальная, перпендикулярная к опорной поверхности; X_О - горизонтальная от спины к груди; Y_О - горизонтальная от правого плеча к левому.

Для локальной вибрации оси: X_л - совпадает или параллельна оси места охвата источника вибрации (рукоятки, рычага); Z_л - лежит в плоскости, образованной осью X_л и направлением подачи или приложения силы, и направления вдоль оси предплечья; Y_л – направлена от ладони.

По временной характеристикевибрация различается:

· · на постоянную, для которой контролируемый параметр за время наблюдения изменяется не более чем в 2 раза (6 дБ);

· · на непостоянную, для которой эти параметры за время наблюдения изменяются более чем в два раза (6 дБ).

Для санитарного нормирования и контроля используются средние квадратичные значения виброускорения а или виброскорости V, а также их логарифмические уровни в децибелах.

Рис. 34. Направление координатных осей при действии локальной вибрации:
а – при охвате цилиндрических (и торцевых) поверхностей; б – при охвате сферических поверхностей.

Нормируемый диапазон частот устанавливается:

· · для общей вибрации в виде октавных и 1/3 октавных полос со среднегеометрическими частотами 1; 2; 4; 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц;

· · для локальной вибрации – октавных полос со среднегеометрическими частотами 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80 Гц.

Логарифмические уровни определяются по следующим формулам для:

виброускорения , и виброскорости ,

где а, V – средние квадратические значения виброускорения, м? с^-2 и виброскорости м? с^-1.

Соотношения между значениями виброускорения и виброскорости и их логарифмическими уровнями приведены в ГОСТе 12.1.012, приложение 3.

Нормируемыми показателями вибрационной нагрузки на оператора на рабочих местах в процессе труда являются:корректированное по частоте значение, доза вибрации и эквивалентное корректированное значение.

Корректированное по частоте значение контролируемого параметра ( U ) или его логарифмический уровень ( L _u ), определяются по формулам:

где U_i и L_Ui - среднее квадратические значение контролируемого параметра вибрации (виброскорости или виброускорения) и его логарифметичечкий уровень в i-й частотной полосе;

n - число частотных полос в нормируемом диапазоне;

K_i и L_Ki – весовые коэффициенты для i-й частотной полосы для среднего квадратического значения контролируемого параметра или его логарифмического уровня (весовые коэффициенты приведены в ГОСТе 12.1.012, прил. 4).

Доза вибрации (D) - определяется по формуле:

где U( t ) - корректированное по частоте значение контролируемого параметра в момент времени t, м? с^-2 или м? с^-1 ;

Т – время воздействия вибрации, с;

m – показатель эквивалентности физиологического воздействия вибрации, устанавливаемый санитарными нормами.

Эквивалентное корректированное значение(U_экв), определяемое по формуле

87. Меры защиты от вибрации [8, c.143; 9, с .67; 24, с. 75; 28, c .143]

Вибробезопасные условия труда обеспечиваются:

· · применением вибробезопасных машин;

· · применением средств защиты;

· · организационно-техническими мероприятиями;

· · проектировочным решением, обеспечивающим нормы вибраций на рабочих местах.

Вибробезопасность машин (механизмов) достигается:

· · виброизоляцией их за счет установки на фундаменты, виброизолированные от пола, специальные амортизаторы (прокладки из войлока, резины, пружины т.п.);

· · балансировкой вращающихся частей;

· · применением виброизолирующих мастик и др.

Организационно-технические меры включают: проведение проверок вибрации не реже 1 раза в год при общей вибрации и двух раз в год при локальной, а также после ремонта машин; и при начале их эксплуатации; исключение контакта работающих с вибрирующими поверхностями за пределами рабочего места или зоны (ограждения, знаки, надписи), введение определенного режима труда, недопущение к работе лиц, моложе 18 лет и не прошедших медосмотр, проведение повторного ежегодно-го медосмотра.

Рис.35. Виброизолирующие устройства:
а - фундамент с акустическим разрывом; б - виброизолирующие прокладки

Режим труда должен устанавливать требования:

· · по рациональной организации труда в течение смены (длительность смены не более 8 ч, два перерыва в смену, учитываемых в норме выработки, и обеденный перерыв не менее 40 мин);

· · по сокращению длительности непрерывного воздействия вибрации на оператора (защита временем ).

Предусматриваются меры, снижающие вибрацию на путях ее распространенения, они по организационному признаку подразделяются на методы коллективной и индивидуальной защиты (виброи золяция, виброгашение, виброзащитные прокладки, перчатки, рукавицы).

Применяются следующие меры снижения вибрации:

· · снижение вибрации воздействием на её источник;

· · снижение силового возбуждения вибрации уравновешиванием, балансировкой, изменением частоты вибрации;

· · снижение вибрации на путях ее распространения;

· · снижение вибрации при контакте оператора с вибрирующим объектом;

· · введение дополнительных устройств в конструкцию машин и строительные конструкции (демпферов, пружин, применение демпфирующих покрытий);

· · снижение вибрации исключением контакта оператора - дистанционное управление;

· · автоматический контроль, сигнализация, ограждение.

Средства коллективной виброзащиты делятся на:

· · средства виброизоляции (рис. 35) - демпфирование, упругие прокладки, введение инерционного элемента;

· · средства динамического виброгашения - ударные виброгасители (пружинные, маятниковые);

· · динамические виброгасители (пружинные, маятниковые, эксцентриковые, гидравлические).

Средства индивидуальной защиты подразделяются на средства, предназначенные: для рук оператора (рукавицы, перчатки, вкладыши и прокладки); для ног оператора (специальная обувь, подметки, наколенники).

Должен осуществляться контроль вибрации на рабочих местах (при аттестации рабочих мест и периодически) и при контроле качества машин.

Периодичность контроля вибрационной нагрузки на оператора при воздействии локальной вибрации должна быть не реже 2 раз в год, общей – не реже раза в год.