И среду обитания

Человек живет, непрервно обмениваясь энергией с окружающей средой. В процессе эволюции человеческий организм приспособился к экстремальным климатическим условиям.

Опасные и вредные факторы по природе действия подразделяются на физические, химические, биологические и психофизические.

В данной лекции рассмотрим – повышенный уровень шума, акустических колебаний, вибрации.

ШУМ

Во всех отраслях промышленности и на транспорте присутствует разнообразное оборудование, станки и транспортные средства. В быту применяется разная техника все это приводит к тому, что человек на производстве и в быту постоянно подвергается воздействию шума высокой интенсивности.

С физиологической точки зрения шум рассматривают как звуковой процесс, неблагоприятный для восприятия, мешающий разговорной речи и отрицательно влияющий на здоровье человека. Шум оказывает вредное влияние на весь организм и в первую очередь на центральную нервную и сердечно-сосудистую системы. Длительное воздействие интенсивного шума может привести к ухудшению слуха, а в отдельных случаях – к глухоте. Шум на производстве неблагоприятно воздействует на работающего: ослабляет внимание, ускоряет утомление, замедляет скорость психических реакций, затрудняет своевременную реакцию на опасность. Все это снижает работоспособность и может стать причиной несчастного случая. Весь комплекс изменений, возникающих в организме человека при длительном воздействии шума, следует рассматривать как «шумовую болезнь».

Поэтому вопросы борьбы с шумом в настоящее время имеют большое значение во всех областях техники.

Шумом принято называть всякий нежелательный для человека звук, мешающий восприятию полезных сигналов. Шум представляет собой беспорядочное сочетание звуков различной интенсивности и частоты, короче: шум – это всякого рода звуки.

Шум бывает:

– механического происхождения, возникающий вследствие вибрации поверхностей машин и оборудования, а также одиночных или периодических ударов в сочленениях деталей и конструкций;

– аэродинамического происхождения (при истечении сжатого воздуха или газа); гидромеханического происхождения (при истечении жидкостей); воздушный, распространяющийся в воздушной среде; электромагнитного происхождения, возникающий вследствие колебаний элементов электромеханических устройств под влиянием переменных магнитных сил.

Основными источниками шума электрической и радиоэлектронной аппаратуры являются:

– трансформаторное оборудование (силовые трансформаторы, трансформаторы цепей управления, трансформаторы тока, дроссели насыщения, сглаживающие и компенсирующие реакторы, индуктивные накопители и др.);

– оборудование систем охлаждения (вентиляторы, насосы, электродвигатели и др.);

– защитные оболочки.

К основным источникам шума на судне можно отнести главные двигатели, вспомогательные дизель генераторы, системы вентиляции машинно-котельных отделений, жилых и служебных помещений, рефустановки, технологическое оборудование, движители судна, винторулевой комплекс (гребные винты являются источниками воздушного и структурного шума, которые особенно ощущаются в корме судна), водяные системы бытового обслуживания, лифты, лебёдки, промысловые механизмы, грузовые краны, удары волн и льда о корпус судна, звуковые сигналы и т.п.. К особой категории источников шума следует отнести навигационные приборы, шум которых является серьёзной помехой в помещениях ходового мостика. Природа этого шума – переменные электромагнитные процессы, создаваемые электрическими машинами-сельсинами (сельсинами (от слов self sinchroniring – самосинхронизирующийся) называютэлектрические машины переменного тока, предназначенные для работы в качестве датчиков или в качестве элементов дистанционной передачи сигналов).

Физические характеристики шума

С физической стороны шум характеризуется звуковым давлением р, интенсивностью звука I, частотой и другими параметрами.

Часть пространства, в котором распространяются звуковые волны, называют звуковым полем. Любая точка звукового поля характеризуется определенным давлением р и скоростью колебания частиц среды . При звуковых колебаниях среды (например, воздуха) элементарные частички среды начинают колебаться относительно своего начального положения. Скорость этих колебаний намного меньше скорости распространения звуковых волн в воздухе (с).

Скорость распространения звуковых волн (скорость звука) зависит от упругих свойств, температуры и плотности среды , в которой они распространяются. Скорость звука в воздухе при °С и давлении мм рт. ст. равна примерно 334 м/с, в воде – 1485 м/с, в твердых телах – 2000 – 6000 м/с (стали 5000 м/с, бетоне 4000 м/с).

С ростом температуры растет и скорость звука.

Звуковым давлением р принято считать разность между атмосферным давлением и давлением, которое создает любая звуковая волна распространяющаяся в пространстве на встречающиеся препятствия (в том числе и на наши барабанные перепонки), которое выражается в системе СИ в паскалях [р] = [Па] (Н/м²).

Таким образом, основной единицей измерения давления в системе СИ – Па, в акустической практике – дБ.

Важным является объяснение, почему происходит такое отличие единиц измерения с позиции физики.

Отметим, что самым распространенным и известным прибором для измерения изменений давления воздуха является барометр. Однако обусловливаемые изменениями погоды изменения давления происходят так медленно, что они не воспринимаются человеческим слухом и, следовательно, не удовлетворяют приведенному выше определению звука. Происходящие более быстро, т.е. по меньшей мере, 20 раз в с, изменения давления воздуха уже регистрируются человеческим слухом, и, следовательно, называются звуком. Отметим, что барометр не реагирует достаточно быстро и не регистрирует быстрые изменения давления, так что его нельзя применять для измерения звука.

Число изменений давления в секунду называется частотой звука и выражается в единицах Гц.

Механические колебания в диапазоне частот 20 – 20000 Гц воспринимаются слуховым органом человека в виде звука. Колебания с частотой ниже 20 Гц (инфразвук) и выше 20000 Гц (ультразвук) не вызывают слуховых ощущений, но оказывают биологическое воздействие на организм человека.

Люди имеют хорошее представление о скорости распространения звука в воздухе, основанное на экспериментальном методе определения расстояния между наблюдателем и молнией: с момента наблюдения молнии до восприятия грохота интервалам длительностью 3 с (ч) соответствуют интервалы расстояния длиной 1 км. В пересчете эти значения соответствуют скорости распространения звука в воздухе 1224 км/ч. Однако, в области акустики и акустических измерений отдается предпочтение выражению скорости распространения звука в м/с, что составит в воздухе 344 м/с.

На основе скорости распространения и частоты звука можно определять его длину волны, т.е. физическое расстояние между двумя соседними максимумами или минимумами его амплитуды. Длина волны равна скорости распространения звука деленной на частоту. Следовательно, длина волны звука в воздухе с частотой 20 Гц составляет 17 м, в то время как волна звука в воздухе с частотой 20 кГц имеет длину всего 17 мм.

Самый слабый звук, обнаруживаемый нормальным слухом здорового человека имеет амплитуду, равную 20 миллионным долям основной единицы давления (паскаль), т.е. 20 мкПа (20 микропаскаль). Это равносильно деленному на 5000000000 нормальному атмосферному давлению. Нормальное атмосферное давление принято считать равным 101 325 Па или давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0 °C (1 Па = 0,0075 мм рт. ст. или 1 мм рт. ст. = 133,3 Па).

Изменение давления на 20 мкПа так мало, что ему соответствует перемещение ушной перепонки на расстояние, меньшее диаметра одного атома.

Удивительно, что человеческий слух способен воспринимать звуки, обусловливающие изменения давления более чем в миллион раз больше вышеописанного минимального значения.

Следовательно, применение основных единиц давления, т.е. Па, в акустиче-ской практике сопровождалось бы необходимостью применения больших и ненаглядных чисел.

Во избежание этого недостатка в акустике распространено применение логарифмической шкалы и соответствующей ей единицы дБ (децибел).

Отметим, что орган слуха человека способен различать прирост звука на 0,1

Б, т.е. 1 дБ (децибел) – единица, в 10 раз меньше бела, который и принят в практике акустических измерений как основная единица.

Интенсивность звука (от лат. Intensio – напряжение, усиление – важнейшая энергетическая характеристика. Интенсивность звука (сила звука) – это средняя по времени энергия , переносимая звуковой волной через единичную площадку, перпендикулярную к направлению распространения волн в единицу времени, выражается формулой

, (1)

где – мгновенное значение скорости колебаний частиц среды, м/с,

– мгновенное значение звукового давления, Па.

Так как, скорость колебаний частиц среды прямо пропорциональна звуковому давлению р и обратно пропорциональна удельному акустическому сопротивлению среды , т.е. волновому сопротивлению – важнейшей характеристикой среды, определяющей отражения и преломления волн на ее границе, то запишем

. (2)

Подставим (2) в (1) получим

, (3)

где – мгновенное значение звукового давления, Па, (Н/м²),

– плотность среды, кг/м²,

с – скорость звука в данной среде, м/с.

[].

Говоря о частоте звука отметим, что она характеризуется числом колебаний звуковой волны в единицу времени и измеряется в герцах (Гц) – .

Минимальное звуковое давление и интенсивность , едва различимые органом слуха человека, называют пороговыми. Интенсивность и давление звука, соответствующие пороговым уровням звука при частоте 1000 Гц, составляют: Н/сּм, Па. Сила звука на грани болевого ощущения в раз превышает силу звука на пороге слышимости.

Таким образом, человек способен воспринимать звуки в большом диапазоне интенсивности, поэтому пользоваться абсолютными значениями интенсивности звука и звукового давления, например для графического изображения распреде-

ления интенсивности звука по частотному спектру, крайне неудобно.

В акустике принято измерять не абсолютные значения интенсивности звука или звукового давления , а их логарифмические уровни L, взятые по отношению к пороговому значению интенсивности звука или пороговому звуковомy давлению .

Если интенсивность звука больше исходной в 10 раз, т.е. , то принято считать, что интенсивность звука превышает исходную на1 Б (Бел), при превышает на 2 Б и т.д.

Исходя из выше сказанного, уровень интенсивности звука запишем в виде

.

Так как интенсивность звука пропорциональна квадрату звукового давления, уровень силы звука можно определить, исходя из величины звукового давления:

.

Уровень звука, вычисляемый по указанным зависимостям, в акустике принято называть уровнем звукового давления. Все акустические измерения и нормативные данные представляют в виде уровней звукового давления.

Для наглядного представления на рис. 1 показаны значения звукового давления и уровня звукового давления в соответствующих единицах, т.е. соответственно Па и дБ, хорошо известных и часто встречающихся звуков.

Опорной точкой шкалы дБ служит слуховой порог, т.е. давление 20 мкПа. Так как эта точка является исходной точкой шкалы, ей соответствует уровень 0 дБ. Линейному увеличению звукового давления в 10 раз соответствует в логариф-

мическом масштабе увеличение уровня на 20 дБ. Следовательно, звуковому давлению 200 мкПа соответствует уровень 20 дБ относительно 20 мкПа, давлению 2000 мкПа уровень 40 дБ и т.д. Таким образом, применение логарифмической шкалы дает возможность сжатия диапазона 1:1000000 до диапазона шириной 120 дБ.

К преимуществам и достоинствам логарифмической шкалы дБ относится также то, что она более точно, чем линейная шкала Па соответствует субъективному восприятию относительной громкости звука. Это обуславливается тем, что слух реагирует на процентные изменения интенсивности (давления) звука и, следовательно, на изменения его уровня. 1 дБ является наименьшим обнаруживаемым слухом изменением уровня звука, отображающим идентичное относительное изменение в любой точке логарифмической шкалы уровней.

Логарифмическая шкала децибел позволяет определить лишь физическую характеристику шума.

Слуховой аппарат человека обладает неодинаковой чувствительностью к звукам различной частоты, а именно – наибольшей чувствительностью на средних и высоких частотах (800 – 4000 Гц) и наименьшей – на низких (20 – 100 Гц). Поэтому для физиологической оценки шума используют кривые равной громкости (рис. 2), полученные по результатам изучения свойств органов слуха,

Рис. 1. Значения звукового давления и уровня звукового давления

в соответствующих единицах

которые позволяют оценивать звуки различной частоты по субъективному ощущению громкости, т.е. судить о том, какой из них сильнее или слабее.

Р_о = 2·10^-5 Па – пороговое звуковое давление (на пороге слышимости).

P_max = 2·10² Па на пороге болевого ощущения.

В диапазоне от порога слышимости до болевого порога (I_max = 10² Вт/м²) си-

ла (интенсивность) звука увеличивается в миллиарды раз (I_max/I₀ = 10²/10^-12 = 10¹⁴).

Такой огромный диапазон звуков доступен человеку благодаря способности его слухового органа реагировать не на абсолютную интенсивность звука, а на его прирост, называемый уровнем интенсивности звука, который характеризуется как логарифм отношения двух сравнительных сил звука (рассматриваемого и на пороге слышимости). Таким образом, слышимый диапазон звуков укладывается в 140 дБ.

Рис. 2. Кривые равной громкости звуков

На рис. 2 кривые показывают, что ухо лучше воспринимает дискантовые тоны (высокие звуки), чем низкие, причем разница в восприятии будет тем больше, чем меньше уровни звука. При более высоких уровнях эта разница заметно сглаживается.

Отметим, что уровни громкости измеряются в фонах. На частоте 1000 Гц уровни громкости приняты равными уровням звукового давления.

Приведенные на рис. 2 кривые равной громкости, по которым можно определять уровни звукового давления на разных частотах, результирующие в идентичной чистому тону с частотой 1000 Гц субъективной громкости. Например, уровень тона с частотой 50 Гц должен быть на 15 дБ больше уровня тона с частотой 1000 Гц и уровня звукового давления 70 дБ для того, чтобы оба они обладали идентичной субъективной громкостью. Относительно простой задачей электроники и измерительной техники является построение специальной электронной схемы, чувствительность которой изменяется с частотой согласно частотным изменениям чувствительности человеческого слуха.

Приборы для измерения шума

Для измерения шума используют шумомер. Воспринимаемый шумомером звук преобразуется его микрофоном в пропорциональный электрический сигнал. Так как амплитуда этого сигнала весьма мала, еще до его подачи на современный цифровой индикатор необходимо соответствующее усиление. Усиленный предусмотренным на входе шумомера усилительным каскадом электрический сигнал может подвергаться частотной коррекции в блоке, содержащем стандартные корректирующие схемы. А, В, С и/или D, или фильтрации внешними полосовыми (например, октавными или третьоктавными) фильтрами. Усиленный соответствующим усилительным каскадом электрический сигнал затем подается на блок детектора и от его выхода после преобразования на цифровой индикатор. Цифровой индикатор показывает уровни звука или уровни звукового давления в дБ.

Так как шумомер должен быть прецизионным (высокоточным) измерительным прибором, то в его конструкции предусмотрена возможность повторной калибровки и проверки его параметров с целью обеспечения высокой точности и надежности результатов измерения.

При измерении звука с изменяющимся уровнем нужно, чтобы цифровой индикатор шумомера точно соответствовало этим изменениям. По этой причине международными рекомендациями и стандартами установлены две основные динамические характеристики шумомеров: "быстро» и «медленно». Однако слишком быстрые изменения уровня измеряемого звука могут быть причиной быстрых флуктуаций (колебаний), т.е. случайных отклонений наблюдаемых физических величин от их средних значений. Поэтому при измерении предпочтительно установить шумомер в режим «медленно» и определить среднее значение цифрового

индикатора.

Возможно измерение шумомером кратковременных и импульсных звуков.

Измерения соответствия уровней шума в разных местах нахождения людей на судне проводятся согласно требованиям ГОСТ (ГОСТ 12.1.020-79. Шум. Метод контроля на морских и речных судах. – М.: 1980. ГОСТ 12.1.003-83. Шум. Общие требования безопасности. – М.: 1984), действующим санитарным нормам (СН 2.5.2.047-96. Уровни шума на морских судах. – М.: 1996. СанПиН 2498-81 (ДНАОП 003-3.10-81). Санитарные нормы шума на морских судах. 1981).

Для измерения уровней шума в соответствующих помещениях используется профессиональный прибор, соответствующий 1-му классу точности отвечающий всем требованиям последних нормативных документов в области измерения и анализа параметров шума – АССИСТЕНТ.

Прибор выполнен в виде малогабаритного устройства c автономным питанием. На верхней торцевой стенке корпуса блока измерительного прибора располагается разъем для подключения пульта управления с микрофоном при работе в качестве шумомера анализатора спектра. Пульт управления соединяется с блоком измерительного прибора кабелем соединительным предусилителя.

Внешний вид измерительного прибора с микрофонной стойкой представлен на рис. 3.

Рис. 3. Внешний вид измерительного прибора с микрофонной стойкой

Методы борьбы с шумом и вибрацией

Разработка мероприятий по борьбе с вредным действием производственного шума и вибрации должна начинаться на стадии проектирований транспорта (судов), технологических процессов и машин, разработки конструктивных и объемно-планировочных решений производственного помещения и генерального плана предприятия.

Защита от шума должна начинаться с рассмотрения возможных способов его ослабления в источниках возникновения.

Существенного ослабления шума можно достичь качественным монтажом отдельных узлов машин, их динамической балансировкой и своевременным проведением планово-предупредительных ремонтов.

Необходимо своевременно проверять работу подшипников, устранять удары и биение деталей при возникновении зазоров в сочленениях, прочно закреплять кожухи, ограждения.

Звукопоглощение. Для звукопоглощения используют способность строительных материалов и конструкций рассеивать энергию звуковых колебаний. При падении звуковых волн на звукопоглощающую поверхность, выполненную из пористого материала (например, пенопласта) значительная часть акустической энергии расходуется на приведение в колебательное движение воздуха в порах, что вызывает его разогрев. При этом кинетическая энергия звуковых колебаний преобразуется в тепловую, которая рассеивается в окружающем пространстве.

Наиболее интенсивно преобразуют энергию звуковых колебаний в тепловую пористые и рыхлые материалы, которые и применяют для получения высокого звукопоглощающего эффекта.

Звукоизоляция. Шум, распространяющийся по воздуху, можно существенно снизить, установив на пути его распространения звукоизолирующие преграды: стены, перегородки, перекрытия, звукоизолирующие кожухи и экраны.

Физическая сущность звукоизоляции состоит в том, что наибольшая часть падающей звуковой энергии отражается от специально выполненных, например массивных, ограждений и только незначительная часть проникает через ограждение.

Средства индивидуальной защиты от шума

В тех случаях, когда техническими и организационными мероприятиями не удается снизить шум и вредную вибрацию до допускаемых пределов, применяют индивидуальные средства защиты. Например, при таких производственных процессах, как клепка, обрубка, зачистка и другие, средства индивидуальной защиты являются основными мерами, предотвращающими профессиональные заболевания работающих.

Вкладыши, наушники и шлемы являются средствами индивидуальной защиты от шума.

Вкладыши – это вставляемые в слуховой канал тампоны из ультратонкого волокна, иногда пропитанные смесью воска и парафина, и жесткие вкладыши (эбонитовые, резиновые) в форме конуса.

Вкладыши – это самые дешевые и компактные средства защиты от шума, но недостаточно эффективные (снижение шума на 5 – 20 дБ) и в ряде случаев неудобные, так как раздражают слуховой канал.

В промышленности широко применяют наушники. Наушники плотно облегают ушную раковину и удерживаются дугообразной пружиной.

Наушники наиболее эффективны на высоких частотах, что необходимо учитывать при их использовании.

При воздействии шумов с высокими уровнями (более 120 дБ) вкладыши и наушники не обеспечивают необходимой защиты, так как шум действует непосредственно на мозг человека, проникая через черепную коробку. В этих случаях применяют шлемы.

Эффективность индивидуальных средств защиты от шума зависит от их конструкции, физических свойств применяемых материалов, правильного учета физиологических особенностей органов слуха.

Индивидуальные средства защиты от шума должны обладать следующими свойствами: на всех частотах спектра не оказывать чрезмерного давления на ушную раковину; не снижать четкость восприятия речи; не заглушать звуковые сигналы опасности; отвечать необходимым гигиеническим требованиям.

При работе с ручным механизированным электрическим или пневматическим инструментом используют средства индивидуальной защиты рук от воздействия вибрации. К ним относят рукавицы или перчатки, а также виброзащитные прокладки или пластины, которые снабжены креплением к руке.

Защита от инфра- и ультразвука.

Основными источниками инфразвука являются двигатели внутреннего сгорания, вентиляторы, поршневые компрессоры и другие тихоходные машины, работающие с числом рабочих циклов менее 20 в секунду. При действии инфразвука с уровнями 100 – 120 дБ возникают головные боли, снижение работоспособности, появление чувство страха, нарушение функции вестибулярного аппарата, а при частоте 5 – 10 Гц – чувство вибрации внутренних органов.

В результате длительных воздействий инфразвуковых колебаний у человека появляются слабость, утомляемость, раздражительность, нарушается сон. Инфразвук с частотой 8 Гц наиболее опасен для человека в связи с тем, что эта частота совпадает с альфа-ритмом биотоков мозга.

Снижение интенсивности инфразвука достигается за счет уменьшения его источника, изоляции, поглощения, применения индивидуальных средств защиты.

К основным мероприятиям по борьбе с инфразвуком можно также отнести повышение быстроходности машин, что обеспечивает перевод максимума излучения в область слышимых частот; повышение жесткости конструкций больших размеров; устранение низкочастотных вибраций; установка глушителей реактивного типа (отражающих энергию обратно к источнику).

Ультразвук находит широкое применение (пайка, сварка, обработка сверххрупких и сверхтвердых материалов, дефектоскопия, медицина, очистка загрязненного воздуха и др.). Генераторами ультразвука являются ультразвуковое технологическое оборудование и приборы. Во время их работы при частоте 20 – 70 кГц создастся неслышимый ухом шум в 100 – 120 дБ. При соприкосновении с предметами и веществами, в которых возбуждены ультразвуковые колебания, происходит опасное контактное облучение. При работе на таких ультразвуковых установках необходимо пользоваться специальными защитными средствами – резиновыми перчатками и хлопчатобумажной подкладкой.

В приборостроении ультразвук используется для интенсификации технологических процессов при очистке и обезжиривании деталей, ультразвуковой дефектоскопии и т. п. Для возбуждения ультразвуковых колебаний в среде применяют различные методы преобразования электрической энергии в ультразвуковую: магнитострикционный для получения частотой до 20 МГц, мощностью до 60 кВт и пьезоэлектрический – для получения УЗК частотой более 1 МГц, небольшой мощности (редко свыше 1 кВт). Частота применяемого ультразвука свыше 20 кГц, мощность – до нескольких киловатт.

Ультразвук оказывает вредное воздействие на организм человека, а именно; происходят различные нарушения нервной системы, изменяются давление, состав и свойства крови, теряется слуховая чувствительность. Ультразвук может действовать на человека как через воздушную среду, так и через жидкую и твердую (контактное действие на руки). В соответствии с ГОСТ 12.1.001-83 уровни звуковых давлений в диапазоне частот 11 – 20 кГц не должны превышать соответственно 75 – 110 дБ, а общий уровень звукового давления в диапазоне частот 20 – 100 кГц не должен быть выше 110 дБ.

Защита от действия ультразвука через воздух может быть обеспечена следующими мероприятиями:

– использованием в оборудовании более высоких рабочих частот, для которых допустимые уровни звукового давления выше;

– применением кожухов из листовой стали или дюралюминия (толщиной! мм) и гетинакса (5 мм) с обклейкой резиной или рубероидом;

– устройством экранов (прозрачных) между оборудованием и работающим;

– размещением ультразвуковых установок в специальных помещениях или кабинах.

Защита от действия ультразвука при контактном облучении состоит в полном исключении непосредственного соприкосновения работающих с инструментом, жидкостью и изделиями, поскольку такое воздействие наиболее вредно.

Для снижения уровня звукового давления применяют звукопоглощение и звукоизоляцию. Хорошие звукоизолирующие свойства имеют металлические кожухи из листовой стали толщиной 1,5 – 2 мм, покрытые ревиной толщиной до 1 мм. Применяют пористую резину, поролон, органическое стекло.

Непосредственный контакт рабочих с источниками ультразвуковых колебаний можно устранить механизацией и автоматизацией процессов при пайке, очистке и обезжиривании деталей, применением средств индивидуальной защиты в виде двойных перчаток (хлопчатобумажных и резиновых) и др.

При определении ультразвуковой характеристики измерения выполняют в контрольных точках на высоте 1,5 м от пола, на расстоянии 0,5 м от контура оборудования и не менее 2 м от отражающих поверхностей (ГОСТ 12.1.001-83).

ЗАЩИТА ОТ ВИБРАЦИИ

Вибрация представляет собой процесс распространения механических колебаний в твердом теле. Колебания механических тел с частотой ниже 20 Гц воспринимаются организмом как вибрация, а колебания с частотой выше 20 Гц – одновременно и как вибрация, и как звук.

Вибрацией принято называть колебания частей аппаратов, машин, коммуникаций и сооружений, вызываемые динамической неуравновешенностью вращающихся деталей, пульсацией давления при транспортировке жидкостей и газов и другими причинами.

Следовательно, вибрация – это механические колебания материальных точек или тел.

В производственных условиях наблюдаются вибрации с частотой 35 – 250 Гц (ручной инструмент). Источниками вибраций являются различные технологические процессы, механизмы, машины и их рабочие органы. Колебания, распространяясь по элементам конструкций, ускоряют их разрушение, а также оказывают вредное воздействие на работающего.

Вибрации вызывают в организме человека многочисленные реакции, которые являются причиной функциональных расстройств различных органов. Под действием вибрации происходят изменения в периферической и центральной нервных системах, сердечно-сосудистой системе, опорно-двигательном аппарате.

Вредное действие вибрации выражается в виде повышенного утомления, головной боли, боли в суставах пальцев рук, повышенной раздражительности, нарушении координации движений.

В отдельных случаях длительное воздействие интенсивных вибраций приводит к развитию вибрационной болезни, которая характеризуется тяжелыми, часто необратимыми изменениями в центральной нервной и сердечно-сосудистой системах, а также в опорно-двигательном аппарате. Степень тяжести и характер развития вибрационной болезни определяются продолжительностью воздействия и интенсивностью вибрации. Успешное лечение вибрационной болезни возможно только на ранних стадиях развития. Тяжелые формы заболевания, как правило, ведут к частичной или полной потере трудоспособности.

Физические характеристики вибрации

Физически вибрации характеризуются частотой колебаний f, Гц, амплитудой смещения А, мм, колебательной скоростью , м/с, колебательным ускорением , м/с².

Основная частота гармонического колебательного движения f, Гц,

, (1)

где п – число оборотов в минуту.

Виброскорость м/с, и виброускорение , м/с², в случае гармонических колебаний определяют из выражений

, (2)

, (3)

где w угловая частота.

Вибрацию (как и шум) можно характеризовать нетолько абсолютными величинами, но и относительными. В практике виброакустических исследований используют понятие логарифмического уровня колебаний– характеристики колебаний, сравнивающей две одноименные физические величины, пропорциональные десятичному логарифму отношения оцениваемой и исходного значение этой величины. В качестве последнего в охране труда используются опорные значения параметров, принятые за начало отсчета. При этом вибрация оценивается величиной, выраженной в децибелах. Так, значение уровня виброскорости , дБ, согласно ГОСТ 12.1.012-78, определяют по формуле

, (4)

где – средний квадрат (среднегеометрическое значение) виброскорости (берется в соответствующей полоса частот),

,м/с – пороговое значение виброскорости (опорная виброскорость), принятое по международному стандарту.

Среднегеометрические значения октавных полос частот вибраций стандартизованы и составляют 1; 2; 4; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500 и 1000 Гц.

Спектры уровней виброскорости – основные характеристики вибраций.

Снижение уровня вибраций определяют разностью

, (5)

где и соответственно уровни вибраций до и после проведения мероприятий по их уменьшению.

Методы борьбы с вибрацией

Основные организационные мероприятия по борьбе с вибрациями: исключение из технологического процесса виброакустического оборудования. Дистанционное управление виброакустическим оборудованием из кабин; при этом значительно сокращается число рабочих; применение индивидуальных средств защиты от вибрации, проведение санитарно-профилактических мероприятий для рабочих, занятых на виброакустическом оборудовании.

Основные технические мероприятия перечислены ниже:

– правильное проектирование массивных оснований и фундаментов под виброактивное оборудование (дробилки, мельницы, сепараторы, нагнетатели и др.) с учетом динамических нагрузок;

– изоляция фундаментов под виброактивное оборудование от несущих конструкций и инженерных коммуникаций;

– активная и пассивная виброизоляция виброактивного оборудования и рабочих мест оператора и машиниста;

– применение виброзадерживающих гибких вставок (гасителей) на выхлопе нагнетателей;

– использование вибропоглощающих резиновых покрытий и мастик для облицовки поверхностей коммуникаций.

Виброизоляционная защита является одним из эффективных способов защиты рабочих мест, оборудования и строительных конструкций от вибраций, вызываемых работой машин и механизмов.

Виброизоляция – это способ вибрационной защиты, заключающийся в уменьшении передачи вибрации от источника возбуждения защищаемому объекту при помощи устройств (виброизоляторов), помещаемых между ними.

Амортизаторы (виброизоляторы) изготавливают из стальных пружин, резины и других упругих материалов. Применяют комбинированные резинометаллические и пружинно-пластмассовые амортизаторы, опорные виброизоляторы с гидрошарнирами и пневморезиновые-амортизаторы, в которых используют упругие свойства сжатого воздуха и самой резины.

Виброизоляция будет эффективной, если фундамент (или перекрытие), на котором производится ее монтаж, обладает достаточной массивностью.

Виброгашение. Под виброгашением понимают уменьшение уровня вибраций защищаемого объекта путем введения в систему дополнительных реактивных сопротивлений. Чаще всего виброгашение реализуется путем установки агрегатов на виброгасящие основания.

Массу фундамента подбирают таким образом, чтобы амплитуда колебаний подошвы фундамента в любом случае не превышала 0,1 – 0,2 мм, а для особо ответственных сооружений – 0,005 мм.

Вибропоглощение. Для уменьшения вибрации кожухов, ограждений и других деталей, выполненных из стальных листов, колебания которых часто происходят в резонансном режиме, применяют вибропоглощение. Это достигается нанесением на вибрирующую поверхность материалов, обладающих большим внутренним трением (резина, пластики, вибропоглощающие мастики) и рассеивающих энергию колебаний. При этом существенно уменьшаются амплитуды распространяющихся изгибных колебаний, особенно на резонансных режимах.

Вибропоглощающие покрытия наносят в местах максимальных амплитуд вибраций, которые устанавливают определением виброскорости в различных точках виброактивной машины. Применением вибропоглощающих покрытий достигается также значительное снижение уровня производственного шума, особенно в области высоких частот.

Приборы для измерения вибрации

Виброизмерительная аппаратура основана на электрических методах измерения. Преобразование механических колебаний в электрические происходит в магнитоэлектрических или пьезоэлектрических приемниках вибрации (датчиках).

Поступающие от датчиков электрические сигналы усиливаются, преобразуются (интегрируются) и поступают на регистрирующий прибор, отградуированный в абсолютных и относительных величинах.

Для измерения вибрации используется профессиональный прибор, соответствующий 1-му классу точности отвечающий всем требованиям последних нормативных документов в области измерения и анализа параметров вибрации – АССИСТЕНТ.

Рис.. Внешний вид измерительного прибора с микрофонной стойкой

Дата добавления: 2014-10-22