Акустические и механические колебания. Шум

ВИБРАЦИЯ

1. Понятие о спектре шума

2. Измерение производственного шума

3. Классификация шума

3.1. Классификация шума по источникам возникновения

3.2. Классификация по характеру спектра и временным характеристикам

4. Действие шума на организм человека

5. Нормирование производственного шума

6. Методы борьбы с шумом

7. Ультразвук. Нормирование и защита

8. Инфразвук. Нормирование и защита

9. Вибрация

9.1 Виды вибрации и ее источники

9.2 Характеристики вибрации

9.3 Действие вибрации на организм человека

9.4 Нормирование вибрации

9.5 Защита от вибрации

Контрольные вопросы

Шум определяют как всякий нежелательный для человека звук. Другими словами, это звук, оцениваемый негативно и наносящий вред здоровью. С физической точки зрения шум – это беспорядочное сочетание звуков различной частоты и интенсивности (силы), возникающих при механических колебаниях в твердых, жидких и газообразных средах.

Как известно, любой колебательный процесс характеризуется частотой и длиной волны. Органы слуха человека воспринимают звуковые волны с частотой от 16 Гц (по некоторым источникам – с 20 Гц) до 20000 Гц. Колебания с частотой ниже 20 Гц (инфразвук) и выше 20000 Гц не вызывают слуховых ощущений, но оказывают воздействие на организм.

Шум отрицательно влияет на организм человека, в первую очередь на центральную и сердечно-сосудистую систему. Длительное воздействие шума снижает остроту слуха, повышает кровяное давление, вызывает утомление и снижение работоспособности. Воздействие шума может привести к возник- новению профессиональных заболеваний и явиться причиной несчястного случая.

1. Понятие о спектре шума

Поскольку звуковые волны представляют собой колебательный процесс, величины интенсивности звука и звуковое давление в точке звукового поля изменяются во времени по синусоидальному закону. Характерными величинами являются их среднеквадратичные значения. Зависимость среднеквадратичных значений синусоидальных составляющих шума или соответствующих им уровней в децибелах от частоты называется частотным спектром шума ( или просто спектром ). Спектры получают, используя набор электрических фильтров, которые пропускают сигнал в определенной полосе частот - полосе пропускания.

Для получения частотной характеристики шума звуковой диапазон по частоте разбивается на полосы с определенным соотношением граничных

частот f в

f н

(рис.2)

Октавная полоса

- полоса частот, в

которой верхняя граничная частота f в

 

Рис.2

равна удвоенной нижней частоте f н, т.е. f в /f н = 2. Например, если взять музыкальный звукоряд, то звук с частотой f = 262 Гц это «до» первой октавы. Звук с f = 262 x 2 = 524 Гц - «до» второй октавы. «Ля» первой октавы это 440

Гц, «Ля» второй - 880 Гц. Чаще всего применяется разбиение звукового диапазона именно на октавы, или октавные полосы. Октавная полоса характеризуется среднегеометрической частотой

_

f с. г. = √ f н⋅ f в

В некоторых случаях (детальное исследование источников шума,

эффективности звукоизоляции) используют деление на полуоктавные полосы

(fв/fн = 2) и третьеоктавные полосы (fв/fн = 3

2 = 1,26).

2. Измерение производственного шума

Звук характеризуется своей интенсивностью

ρ 2  Вт 

I = ρ c  2  и

 м 

звуковым давлением Р [Па]. Кроме этого, любой источник шума характеризуется звуковой мощностью, измерянмой в Ваттах (Вт), которая представляет собой общее количество звуковой энергии, излучаемой источником шума в окружающее пространство.

С учетом логарифмической зависимости ощущения от изменения энер- гии раздражителя (закон Вебера-Фехнера) и целесообразности унификации единиц и удобства оперирования с цифрами принято использовать не сами

величины интенсивности, звукового давления и мощности, а их логарифмиче-

ские уровни

J

L = 10 lg J [ Дб ], J 0

L = 20 lg

p [ Дб ], p0

Ф

Ф

L p = 10 lg

0

[ Дб ],

где I – интенсивность звука в данной точке, I0 – интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости, равному 10-12 Вт/м, Р – звуковое давление в данной точке пространства, Р 0 – пороговое звуковое давление,

равное 2⋅10-5Па, Ф – мощность звука в данной точке, Ф 0 - пороговая звуковая мощность, равная 10-12 Вт.

При нормальном атмосферном давлении на частоте 1000 Гц:

LJ = Lp = L

Верхний порог чувст- вительности слухового ана- лизатора называется боле - вым порогом, т.к. по дости- жении его воздействие зву- кового давления не вызыва- ет ощущения звука, а вызы- вает боль. Кривые, распо- ложенные между кривой порога болевого ощущения и кривой порога слышимо- сти называются кривыми равной громкости и отра- жают различие в восприятии звука человеком на разных

 

Рис. 1

частотах. Из рис. 1 видно, что на частотах приблизительно 3000-5000 Гц порог слышимости, выраженный в децибелах, опускается ниже нуля, что соответст- вует повышенной чувствительности слухового анализатора на данных часто- тах.

Для измерения шума с целью оценки его воздействия на человека, используется уровень звукового давления Lp ( часто обозначается просто L). Уровень интенсивности LJ используют при акустических расчетах помещений.

 

Рис.2

При оценке и нормировании шума используют также специфическую величину, называемую уровнем звука. Уровень звука - это общий уровень шума, измеренный по шкале А шумомера. В современных шумомерах используют обычно две характеристики чувствительности -

«А» и «С» (см. рис.2).

Характеристика «С» практически

линейна во всем измеряемом диапазоне и используется для исследования спектра шума. Характеристика «А» имитирует кривую чувствительности человеческого уха. Единица измерения уровня звука – Дб ( А ). Таким образом уровень в дБ ( А ) соответствует субъективному восприятию шума человеком.

3. Классификация шума

3.1 Классификация шума по источникам возникновения

Механический шум. Механический шум обусловлен колебаниями деталей машин и их взаимным перемещением. Возбуждение механического шума обычно носит ударный характер, излучающие его конструкции и детали представляют собой системы с многочисленными резонансными частотами. Поэтому спектр механического шума занимает широкую область частот (рис.3). Наличие высоких частот делают шум особо неприятным.

 

Рис.3

Аэрогидродинамический шум. Аэрогидродинамические шумы возникают при движении газов и жидкостей, их взаимодействия с твердыми телами (шумы из-за периодического выпуска газа в атмосферу, например, сирена, шумы из-за образования вихрей, отрывных течений,

турбулентные шумы из-за перемешивания потоков и т.п.).

Электромагнитный шум. Электромагнитный шум возникает в электрических машинах и оборудовании из-за взаимодействия ферромагнитных масс под влиянием переменных (во времени и в пространстве) магнитных полей, а также сил, возникающие при взаимодействии магнитных полей, создаваемых токами (т.н. пондеромоторные силы).

При работе электрических машин возникают все три вида шума:

механический, аэродинамический и электромагнитный.

3.2. Классификация по характеру спектра и временным характеристикам

В зависимости от спектра выделяют так называемый широкополосной, или белый шум, т.е. шум с непрерывным спектром шириной более одной ок- тавы и тональный шум, в спектре которого имеются дискретные тона ши- риной менее одной октавы.

В зависимости от изменения по времени различают постоянный шум, под которым понимается шум, при котором уровень звука за 8-часовой рабочий день изменяется во времени не более чем на 5 дБ(А). Если это

изменение составляет более 5 дБ(А), то шум считается непостоянным.

Непостоянные шумы в свою очередь делается на колеблющиеся во времени, прерывистые и импульсные (см. рис.4).

L, Дб

L, Дб

L, Дб

а f, Гц

б f, Гц

в f, Гц

а – колеблющийся шум, б – прерывистый шум, в – импульсный шум

Рис.4

4. Действие шума на организм человека

Проявление вредного воздействия шума на организм весьма разнооб-

разно.

Специфическое воздействие шума (действие на слуховой анализатор). Длительное воздействие интенсивного шума (выше 80 дБ ( А *)) на слух человека приводит к его частичной или полной потере. В зависимости от длительности и интенсивности воздействия шума происходит большее или меньшее снижение чувствительности органов слуха, которое выражается либо:

а) во временном смещении порога слышимости, которое исчезает после окончания воздействия шума;

б) в необратимой потере слуха (тугоухость), характеризуемой постоянным изменением порога слышимости.

Для профилактической работы по обеспечению безопасных условий

труда по шумовому фактору служит аудиометрический контроль

(аудиометрия) работающих, проводимый для оценки состояния органов слуха. При этом состояние слуховой функции оценивают как среднеарифметическое значение снижения слуховой чувствительности в диапазоне речевых частот (500-2000 Гц) и на частоте 4000 Гц.

Различают три степени потери слуха:

- 1 степень (легкое снижение слуха) - потеря слуха в области речевых частот составляет 10 ÷ 20 дБ (на частоте 4000 Гц - 60 ± 20 дБ),

- II степень (умеренное снижение) - 21 ÷ 30 дБ в области речевых

частот, 65 ± 20 на 4000 Гц,

- III степень (значительное снижение) - более 31 дБ на речевых

частотах, 78 ± 20 дБ на 4000 Гц.

Как показывают исследования, тугоухость в последние годы выходят

на ведущее место среди профессиональных заболеваний и не обнаруживает тенденции к снижению.

Неспецифическое воздействие шума. Шум воздействует не только на

орган слуха. Через волокна слуховых нервов раздражение шумом передается в центральную и вегетативную нервные системы, а через них воздействует на внутренние органы, приводя к значительным изменениям в функциональном состоянии организма, влияет на психическое состояние человека, вызывая чувство беспокойства и раздражения. Установлено, что человек, подвергающийся воздействию интенсивного шума, затрачивает на 10 - 20% больше физических и нервно-психических усилий, чтобы сохранить выработку, достигнутую при уровне звука ниже 70 дБ (А). Общая заболеваемость рабочих шумных производств на 10 ÷15% выше.

Воздействие шума на вегетативную нервную систему проявляется даже

при небольших уровнях звука (40 - 70 дБ(А)) и не зависит от субъективного восприятия шума человеком. Наиболее ярко выраженной вегетативной реакцией является нарушение периферического кровообращения за счет сужения капилляров кожного покрова и слизистых оболочек, а также (при уровнях звука выше 85 дБ ( А )) повышение артериального давления.

Воздействие шума на ЦНС вызывает замедление зрительно-моторной реакции, приводит к нарушению подвижности нервных процессов, изменению электроэнцефалографических показателей, нарушает биоэлектрическую активность головного мозга с проявлением общих функциональных изменений в организме (уже при шуме 50 - 60 дБ (А)), существенно изменяет биопотенциалы мозга, вызывает биохимические изменения в структурах головного мозга.

Шумовая болезнь. Для описания комплекса симптомов, связанных как со специфическим, так и с неспецифическим воздействием шума, существует термин «шумовая болезнь». К объективным симптомам шумовой болезни

относятся:

- снижение слуховой чувствительности,

- изменение функции пищеварения (снижение кислотности)

- сердечно-сосудистая недостаточность,

- нейро-эндокринные расстройства.

Субъективными симптомами являются:

- раздражительность,

- головные боли,

- головокружение,

- снижение памяти,

- повышенная утомляемость,

- потеря аппетита,

- боли в ушах и т.д.

Эти явления нарастают с увеличением периода, в течение которого человек подвергается действию шума, т.е. шумовые явления обладают свойством кумуляции, т. е. накопления. При длительном воздействии шума возможно возникновение заболеваний сердечно-сосудистой системы, гипертоническая болезнь, язвенная болезнь.

До последнего времени оценка приемлемости производственного шума с уровнем выше 80 дБ (А) чаще всего основывалась на выявлении его воздействия на органы слуха. Теперь доказано, что и шумы средних уровней (ниже 80 дБ (А)), не вызывающие потери слуха, тем не менее оказывают неблагоприятное воздействие на организм в целом, что должно было в

последние годы при нормировании шума.

В современных условиях шум - это один из серьезных факторов загрязнения окружающей среды; связанный с ростом городов, развитием транспорта, промышленности, бытовой техники). Основным источником шума в городах является транспорт. Уровень шума в крупных городах достиг интенсивности промышленных шумов (80-100 дБ).

Производственный шум затрудняет прием и передачу информации, что приводит к снижению эффективности и безопасности труда. Высокий уровень шума мешает, в частности, услышать сигнал опасности. Уровень интенсивности шума на частоте 1000 Гц, равный 70 дБ считается предельным уровнем, при котором человек может еще понимать команды, произнесенные обычным голосом. При 75 дБ исключено исполнение телефонной связи. Для нормального приема и передачи информации по телефону уровень шума около телефонного аппарата не должен превышать 50 - 55 дБ. Под воздействием шума снижаются способность сосредоточения внимания, точность выполнения работ, особенно тех ее видов, которые связаны с приемом и передачей информации, а следовательно, производительность труда.

5. Нормирование производственного шума

При нормировании шума используют два метода: нормирование по предельному спектру шума и нормирование уровня звука в дбА.

Нормирование по предельному спектру. Этот метод является основным для постоянных шумов. Здесь нормируются уровни звуковых

давлений в 8 октавных полосах частот с fсг = 63, 125, 250...8000 Гц. Совокупность восьми допустимых уровней звукового давления и называется предельным спектром (ПС).

 

Рис. 5. Предельные спектры

Для каждой категории рабочих мест (конструкторские бюро, лаборатории, цеха и т.п.) регламентирован свой предельный спектр шума. Допустимые уровни звукового давления на рабочих местах приведены в ГОСТ 12.1.003-76.

Из рисунка 5 видно, что с ростом частоты (более неприятный шум) допустимые уровни уменьшаются. Каждый из спектров имеет свой индекс, например, ПС-80, где «80» - допустимый уровень звукового давления в октавной полосе со среднегеометрической частотой 1000 Гц.

Нормирование уровня звука в дБА. Этот метод используется для ориентировочной оценки постоянного и непостоянного шума, когда мы не знаем спектра шума.

Уровень звука (дБА) связан с предельным спектром зависимостью

LA = ПС + 5

Для тонального и импульсного шумов допустимые уровни должны

приниматься на 5 дБ меньше нормативных для постоянного шума.

Для оценки акустической энергии, воздействующей на человека за определенный период времени используется Доза шума, скорректированная по частотной характеристике «А» шумомера [Па2 ⋅ r]

D = PA2⋅T

где РА - звуковое давление, соответствующее измеренному уровню звука в

дБА.

Допустимая доза шума - доза, соответствующая допустимому уровню звука или допустимому эквивалентному уровню звука.

Для непостоянного шума нормированным параметром является эквивалентный (по энергии) уровень звука широкополосного, постоянного и неимпульсного шума, оказывающего на человека такое же воздействие, как и

непостоянный шум (Lэкв. [дБА]. Этот уровень измеряется специальными интегрирующими шумомерами.

6. Методы борьбы с шумом

При проектировании новых предприятий, производственных помещений необходимо принимать меры, чтобы шум в помещениях не превышал допустимых значений. Разработке мероприятий по борьбе с шумом должен предшествовать акустический расчет. Его задачами являются:

- определение уровня звукового давления в расчетной точке (РТ), когда известен источник шума и его шумовые характеристики;

- расчет необходимого снижения шума.

В качестве методов борьбы с шумом используются следующие:

6.1. Уменьшение шума в источнике (т.е. «защита количеством»)

Борьба с шумом в источнике (посредством уменьшения уровня звуковой мощности Lp) является наиболее рациональной. Конкретные мероприятия здесь зависят от природы шума (механический, аэрогидродинамический, электромагнитный). Так уменьшение механического шума может быть достигнуто путем совершенствования технологических процессов и оборудования. Для уменьшения аэрогидродинамического шума следует стремиться к уменьшению скоростей обтекания тел потоком среды (газовой или жидкой), к улучшению аэродинамических качеств обтекаемых тел. Снижение электромагнитного шума достигается путем конструктивных изменений в электрических машинах. Например, в трансформаторах необходимо применять более плотную прессовку пакетов, использовать демпфирующие материалы.

6.2. Изменение направленности излучения шума

Этот способ следует применять при проектировании установок с направленным излучением шума, соответствующим образом ориентируя эти установки по отношению к рабочим местам или жилым массивам.

6.3. Рациональная планировка предприятий и цехов

При планировке наиболее шумные цехи должны быть сконцентрированы в одном-двух местах. Расстояние между шумными цехами и помещениями, где должен поддерживаться низкий уровень шума (конструкторское бюро и т.п.) должно быть достаточным для обеспечения необходимого снижения шума. Если предприятие расположено в черте города, шумные цехи должны находиться в глубине его территории.

6.4. Акустическая обработка помещений

Этот метод основан на том факте, что интенсивность шума в помещениях зависит не только от прямого, но и от отраженного звука. В случаях, когда нет возможности уменьшить прямой звук, для снижения шума можно уменьшить энергию отражаемых волн. Это достигается увеличением эквивалентной площади звукопоглощения путем размещения на его внутренних поверхностях звукопоглощающих облицовок, а также установки в помещениях штучных звукопоглотителей.

Процесс поглощения звука происходит за счет перехода энергии колеблющихся частиц воздуха в теплоту за счет потерь на трение в порах материала. Поэтому для эффективного звукопоглощения материал должен обладать пористой структурой, причем поры должны быть открыты со

стороны падения звука и быть незамкнутыми, чтобы не препятствовать проникновению звуковой волны в толщу материала.

Свойствами звукопоглощения обладают все строительные материалы. Однако звукопоглощающими материалами и конструкциями принято называть только те, у которых коэффициент звукопоглощения α на средних частотах больше 0,2. Это прежде всего такие материалы как ультратонкое стекловолокно, минеральная вата, древесноволокнистые плиты, пористый поливинилхлорид, различные пористые жесткие плиты на цементной

вяжущей основе и др.

1 - защитный перфорированный слой, 2 - защитная стеклоткань, 3 -

звукопоглощающий материал, 4 - воздушный промежуток.

Рис. 6. Штучные звукопоглотители и звукопоглощающая облицовка

У таких материалов как кирпич, бетон коэффициент звукопоглощение мал (α

= 0,01 ÷ 0,05).

Звукопоглощающие облицовки снижают шум на 6-8 дБ в зоне

отраженного звука (вдали от источника) и на 2-3 дБ вблизи источника. Но на высоких частотах облицовки эффективнее (8-10 дБ), таким образом, они позволяют сделать шум более глухим и, следовательно, менее раздражающим.

2.4 Уменьшение шума на пути его распространения

Этот путь предусматривает применение звукоизолирующих ограждений (стены, перегородки, экраны, кожухи, кабины и т.п.). Сущность звукоизоляции ограждения состоит в том, что падающая на него звуковая энергия отражается в гораздо большей мере, чем проникает за ограждение. Звукоизолирующие свойства ограждения характеризуются коэффициентом звукопроницаемости τ

τ= Рпр =

Рпад

J пр

J пад

, < 1

где Рпр, Рпад, Jпр, Jпад - соответственно прошедшие через ограждения и падающие на него и соответствующие им значения интенсивностей.

Звукоизоляция ограждения R = 10 lg 1.

τ

Звукоизоляция ограждений тем выше, чем тяжелее материал, из

которого они сделаны.

Звукоизоляция одного и того же ограждения возрастает с увеличением частоты.

В отличие от звукопоглощающих конструкций звукоизолирующие конструкции должны быть выполнены из плотных, твердых и массивных материалов.

6.5. Глушение шума

Глушители шума применяются в основном для уменьшения шума различных аэродинамических установок и устройств. Они устанавливаются на воздуховодах, каналах, соплах и подразделяются на абсорбционные (поглощающие звуковую энергию), реактивные (отражающие звуковую энергию обратно к источнику) и комбинированные.

6.6. Экранирование шума

Экраны устанавливают между источником шума и рабочим местом. Эффект экранирования основан на образовании за ним области тени, куда звуковые волны проникают лишь частично. Эффективность экранирования зависит от соотношения между размерами экрана и длиной волны λ: чем больше длина волны, тем меньше при данных размерах область тени за экраном, следовательно, тем меньше снижение шума. Поэтому экраны

применяют в основном для защиты от средне- и высокочастотного шума. На низких частотах ( λ велика ) экраны малоэффективны, так как за счет эффекта дифракции звук легко их огибает.

Эффективность экрана тем выше, чем меньше расстояние от экранируемого рабочего места до источника шума.

Экраны эффективны, когда отсутствуют огибающие его отраженные волны, т.е. либо на открытом воздухе, либо в облицованном помещении, т.е. помещении, подвергнутом акустической обработке.

6.7. Средства индивидуальной защиты

К СИЗ от шума относятся наушники, шлемы, каски. При уровнях звука L ≥ 135 дБА используются противошумные костюмы (типа жесткого скафандра).

Измерение шума – шумомеры ШУМ-1, ШМ-1, ИШВ-2 в комплекте с октавными фильтрами, полосовые фильтры, измерительные микрофоны, магнитофоны, самописцы и др., акустическая аппаратура зарубежных фирм.

Измерение - на уровне уха работающего при включении не менее 2/3

всего оборудования.

7. Ультразвук. Нормирование и защита

Ультразвуковыми колебаниями называются колебания с f > 20 кГц. У

ультразвука та же природа, что и у звука.

Источники ультразвука - это оборудование, в котором генерируются ультразвуковые колебания для выполнения технологических операций (очистка и обезвреживание деталей, дефектоскопия, сварка, сушка, технический контроль) и оборудование, где ультразвук возникает как сопутствующий фактор.

Ультразвуковые колебания делятся на:

1) низкочастотные f < 100 кГц, которые распространяются воздушным и контактным путем; ультразвук в этом диапазоне приводит к

нарушениям в состоянии нервной, сердечно-сосудистой, эндокринной системах, обмене веществ и терморегуляции;

2) высокочастотные 100 кГц < f, который в воздухе не распространяется, а распространяется только в твердых телах контактным

путем; в этом случае ульразвук оказывает локальное воздействие при соприкосновении со средами, в которых распространяются ультразвуковые колебания ( ультразвуковые вибрации ).

Высокочастотный ультразвук большой интенсивности приводит в

основном к тем же нарушениям, что и низкочастотный при контакте.

Воздействие ультразвуковой энергии 6 ÷ 7 Вт/см2 может приводить к поражению периферического нервного и сосудистого аппарата в месте

контакта (например, воздействие на руки в момент загрузки и выгрузки деталей из ультразвуковой ванны).

Характеристикой ультразвуковых колебаний является уровень звукового давления L в третьеоктавных полосах со среднегеометрической частотой f сг = 12,5 ÷ 100 кГц.

Согласно ГОСТ 12.1.001-83 допустимые уровни звукового давления на рабочих местах не должны превышать (при f сг = 3,15 -100кГц) 110 дБ, при fсг = 12,5 кГц - 80 дБ).

Для ультразвука, передающегося контактным путем нормируется

пиковое значение виброскорости.

Защита от ультразвука: 1) дистанционное управление, 2) автоблокировка при выполнении вспомогательных операций (загрузка и выгрузка деталей и т.п.), экранирование источника.

В качестве СИЗ (для рук) применяются рукавицы, перчатки.

8. Инфразвук. Нормирование и защита

Инфразвук - колебания упругой среды с частотой f < 20 Гц. Источниками инфразвука могут быть вентиляторы, поршневые компрессоры, машины и механизмы, работающие с числом оборотов рабочих циклов менее

20 в секунду, а также движение больших потоков газов или жидкостей (аэродинамическое происхождение). Мощным источниомк инфразвука является автомобиль, мчащийся со скоростью > 100 км/час.

Распространение инфразвука в воздушной среде происходит на

большие расстояния от источника воздействия вследствие малого поглощения его энергии.

Действие инфразвука на человека проявляется в ощущении вращения,

раскачивания, непроизвольном повороте глазных яблок, чувстве тревоги,

страха (вплоть до паники), боли в ушах, нарушения чувства равновесия.

Причина такого воздействия заключается в следующем. Внутренние органы человека имеют собственные частоты ∼ 6÷8 Гц. Совпадение этих частот с частотами инфразвука приводит к резонансу. При L ∼ 150 дБ наблюдается влияние на органы пищеварения, функции мозга, ритм

сердечных сокращений и дыхания и, как следствие, слабость, обмороки,

потеря зрения и слуха.

Большая длина волны позволяет инфразвуку распространяться на десятки тысяч км. Невозможно остановить инфразвук с помощью строительных сооружений.

Защита от инфразвука сводится к следующим мероприятиям:

1) ослабление инфразвука в источнике

2) устранение причин возникновения

3) увеличение частот до f > 20 Гц

4) СИЗ

В качестве измерителей инфразвука используются приборы фирмы

Брюль и Кьер (Дания), ШВК-1 (Россия).

9. Вибрация

Вибрация представляет собой процесс распространения механических колебаний в твердом теле. Ее можно представить как колебательное движение материальной точки или механической системы.

9.1 Виды вибрации и ее источники

Источниками вибрации являются механизмы, машины, механизированный инструмент. Вибрации могут быть непреднамеренными (например, из-за плохой балансировки и центровки вращающихся частей машин и оборудования, пульсирующего движения жидкости, работы перфоратора и.т.п.), а также специально используемыми в технологических процессах (отбойные молотки, вибропогружатели свай, вибрационное оборудование для производства железобетонных конструкций, оборудование для ускорения химических реакций и.т.п.).

Вибрация – это вредный производственный фактор, отличающийся большой активностью. Вибрационная патология стоит на втором месте среди профессиональных заболеваний. Классификация вибрации связана с особенностями передачи колебаний человеку. В соответствии с эти вибрация подразделяется на общую (воздействие на все тело человека) и локальную

(воздействие на отдельные части тела – руки или ноги).

Общая вибрация подразделяется, в свою очередь, по месту возникновения на следующие виды:

Категория 1 – транспортная вибрация, воздействующая на оператора на рабочих местах самоходных и прицепных машин и транспортных средств при их движении по местности, в том числе, при строительстве дорог; при этом оператор может в известных пределах регулировать ее величину.

Категория 2 – транспортно-технологическая вибрация, возхдействующая на человека0оператора на рабочих местах машин с ограниченной подвижностью при перемещении их по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок и горных выработок; при этом оператор может лишь иногда регулировать воздействие вибрации.

Категория 3 а – технологическая вибрация, воздействующая на оператора на рабочих местах стационарных машин или передающаяся на рабрчие места, не имеющие источников вибрации.

Категория 3 б – вибрация на рабочих местах работников умственного труда и персонала, не занимающегося физическим трудом.

Локальная вибрация классифицируется по источнику возникновения и подразделяется на:

• передающуюся от ручных машин (с двигателями), органов ручного управления машин и оборудования;

• передающуюся от ручных инструментов (без двигателей0 и обрабатываемых деталей.

Эту классификацию следует иметь в виду при гигиенической оценке локальной вибрации, так как в первом случае санитарно-гигиенические требования и правила включаются в техническую документацию на машины и оборудование, а во втором – в документацию на технологию проведения работ.

Вибрация рабочих мест операторов носит преимущественно низкочастотный характер с высокими уровнями в октавах 1...8 Гц и зависит

от технологической операции, скорости передвижения, типа сидения, виброзащиты, степени изношенности машины, профиля дорог и т.п. Спектр вибрации в этих случая – широкополосной (максимум энергии при этом лежит в полосах 1..2 Гц и 4..8 Гц).

На операторов транспортных средств обычно воздействует переменная по уровням и спектрам вибрация, включающая микро- и макропаузы.

Спектры вибраций рабочих мест технологического оборудования носят низко- и средне-частотный характер с максимумом энергии на частотах 4..16

Гц.

8.2 Характеристики вибрации

Вибрация характеризуется следующими величинами: частотой f (Гц),

амплитудой смещения А (t) [ м], скоростью V(t) [м / сек]

(виброскорость),

ускорением w(t) [м/ сек 2 ]

(виброускорение), а также их логарифмическими

уровнями, которые являются нормируемыми величинами.

8.3 Действие вибрации на организм человека

Вибрация опасна как для машинного, так и для человеческого компонента системы «человек - машина». Воздействуя на машинный компонент вибрация чаще всего снижает производительность технических установок, вызывает знакопеременные, приводящие к усталостному разрушению напряжения в конструкциях, снижает точность считываемых показаний приборов и т.п.

При воздействии вибрации на организм важную роль играют анализа- торы центральной нервной системы: вестибулярный, кожный и др. (см. рис.1).

При длительном воздействии вибрации с частотами f = 250-350 Гц возникает профессиональное заболевание под названием « вибрационная болезнь », сопровождающаяся стойкими патологическими нарушениями в организме (поражение мышц, изменения в костях, суставах, смещение органов в брюшной полости).

При частотах f ≈5 Гц (собственная частота колебаний органов человеческого организма) - возможно повреждение отдельных частей и

органов.

Опасными частотами для внутренних органов является диапазон 6…9

Гц, для рук 30…80 Гц.

Активной составляющей воздействия вибрации на организм является

ускорение. При работе строительных машин и технологических процессов существуют горизонтальные и вертикальные толчки и тряска, сопровождающиеся возникновением периодических импульсных ускорений. При частоте колебаний от 1 до 10 Гц значения предельных (по ощущениям) ускорений следующие:

10 мм/с – неощутимые,

40 мм/с – слабоощутимые,

400 мм/с – сильно ощутимые,

1000 мм/с – вредные,

4000 мм/с – непереносимые.

Благодаря наличию мягких тканей, костей, суставов, внутренних органов и особенностей конфигурации, тело человека представляет собой сложную колебательную систему, первичная механическая реакция которой на вибрационное воздействие зависит не только от характеристик интенсивности вибрации, но и от диапазона частот.

Особенно вредны вибрации с вынужденной частотой, совпадающей с

собственной частотой колебаний тела человека или его отдельных органов:

для тела человека – 6..9 Гц,

головы – 6 Гц,

желудка – 8 Гц,

другие органы – в пределах 25 Гц,

глазные яблоки – 60..90 Гц (расстройства зрительных восприятий).

Локальная вибрация приводит к спазму сосудов, начиная с концевых фаланг пальцев до предплечья, плеча, сосудов сердца. Она вызывает также поражение нервов, отложение солей.

8.4 Нормирование вибрации

Для санитарного нормирования и контроля вибраций используются средне-квадратичные значения виброскорости V и виброускорения W, а также их логарифмические уровни в децибелах Lv и Lw (для локальной вибрации - в октавных полосах, для общей в 1/3- октавных). Нормативные значения приведены в ГОСТ 12. 1.012-90.

Логарифмический уровень виброскорости определяется как:

v

Lv = 20 lg

вибрации.

5⋅10−8

, где 5⋅10-8– нижний (абсолютный) порог ощущения

Изменение вибрации осуществляется приборами НВА-1, ШВК-1, ВШВ-2. Точки измерения - на рабочих местах (или в рабочих зонах обслуживания).

8.5 Защита от вибрации

Основными методами защиты от вибрации являются:

1) снижение в источнике, т. е. снижение или ликвидация возбуждающих сил, возбуждающих вибрацию.

2) виброизоляция за счет установки виброизоляторов - материалов с большим внутренним трением ( резина, пробка, войлок, асбест, стальные пружины ).

3) отстройка от режима резонанса (подбор массы m и жесткости g

колебательной системы)

4) вибродемпфирование

5) динамические гашения колебаний - присоединения к защищаемому объекту системы, реакции которой уменьшают размах вибрации объекта.

6) изменение конструктивных параметров.

7) активная виброзащита - дополнительный источник вибрации в противофазе.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение шуму.

2. В каком частотном диапазоне колебаний упругой среды они восприни-

маются человеком как звук?

3. В чем заключается воздействие шума на человека. Что такое специфиче-

ское и неспецифическое воздействие?

4. Начиная с какого уровня звука длительный шум приводит к снижению слуха?

5. Как действует шум на вегетативную нервную систему?

6. При какой интенсивности шума человек перестает понимать команды,

произнесенные обычным голосом?

7. Что отражают линии равной громкости?

8. Где находятся области инфра- и ультразвука?

9. Что такое спектр шума?

10.Что такое октава (октавная полоса)?

11.Какие численные характеристики используются для измерения произ-

водственного шума?

12.В каких единицах измеряется интенсивность звука?

13.В каких единицах измеряется звуковое давление?

14.В каких единицах измеряется уровень интенсивности звука, уровень зву-

кового давления, уровень мощности?

15.Для чего служит характеристика А шумомера?

16.Запишите математические выражения для уровня интенсивности звука,

уровня звукового давления, уровня мощности.

17.Что такое уровень звука, в каких единицах он измеряется?

18.Что такое широкополосной шум, тональный шум?

19.Какой шум называется постоянным?

20.Назовите виды непостоянного шума. Чем они отличаются?

21. Перечислите основные методы борьбы с шумом.

22.Что такое акустическая обработка помещений?

23.На чем основан эффект звукопоглощения?

24.Какие материалы являются хорошими звукопоглотителями?

25.На чем основан эффект звукоизоляции?

26.Какие материалы являются хорошими звукоизоляторами?

27.На каком физическом явлении основан метод экранирования шума?

28.В каких случаях экранирование шума дает наибольший эффект?

29.Как называются приборы для измерения шума?

30.Что такое ультразвук? Назовите источники ультразвука?

31.На какие виды подразделяется ультразвук?

32.Каково воздействие ультразвука на человека?

33.Как осуществляется нормирование ультразвука?

34.Назовите методы и средства защиты от ультразвука.

35.Что такое инфразвук? Назовите источники инфразвука.

36.Каково воздействие инфразвука на человека?

37.Как осуществляется нормирование инфразвука?

38.Назовите методы и средства защиты от инфразвука.

39.Как классифицируется вибрация по способу передачи колебаний на тело человека?

40.Как классифицируется общая вибрация?

41.Как классифицируется локальная вибрация?

42.В какую документацию включаются санитарно-гигиенические требования при проведении работ ручными инструментами без двигателей?

43.Чем опасна вибрация?

44.Каковы общие проявления вибрационной болезни?

45.Какие частоты являются резонансными для тела человека?

46.Чем опасна локальная вибрация?

47.Запишите выражения для виброскорости и виброускорения.

48.Какие величины используются для нормирования воздействия вибрации?

49.Перечислите основные методы защиты от вибрации.

50.Что такое виброизоляция?

2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ НЕИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ( ПРОМЫШЛЕННЫХ И РАДИОЧАСТОТ )

2.1. Источники и характеристики электромагнитных полей радиочастот

2.2. Параметры электромагнитных излучений

2.3.Воздействие ЭМИ на человека

2.4. Нормирование ЭМИ

2.5. Защита от ЭМИ

Дата добавления: 2014-01-20