Производственный шум и вибрация


1.Основные понятия о шуме и звуке. Параметры шума;

2. Действие шума на организм человека;

3. Нормирование шума;

4. Средства защиты от шума;

5. Расчет уровня звукового давления.

Шум, вибрация и ультразвук по своей физической природе являются механическими колебаниями твердых тел, газов и жидкостей. С каждым годом возрастает их вредное влияние как на работающих, так и на другие слои населения. Источниками интенсивного шума и вибрации являются машины и механизмы с неуравновешенными вращающимися массами, в отдельных кинематических парах которых возникает трение и соударение, а также технологические установки и аппараты, в которых движение газов и жидкостей происходит с большими скоростями и сопровождается пульсациями. К таким источникам шума и вибрации относятся различные дробилки, мельницы, вентиляционные установки, электродвигатели, насосы, трубопроводы, технологическое оборудование.

Профилактика вредного влияния шума и вибрации на здоровье работающих и всего населения в настоящее время является большой социальной проблемой.

1 Основные понятия о шуме и звуке. Параметры шума

Шум – беспорядочное сочетание звуков различной силы и частоты.

Звук – волнообразное колебательное движение тел, передающееся через упругую среду: газ, воздух, жидкость, твердые тела.

Ухо человека способно воспринимать колебания звуковых волн с частотой от 16 до 20000 Гц. Этот интервал колебаний называют звуковым диапазоном, а сами колебания звуковыми. Неслышимые человеком колебания с частотой менее 16 Гц называют инфразвуками, а колебания с частотой выше 20000 Гц – ультразвуками.

Время в течение которого колебательное тело совершает одно полное колебание называется периодом колебания (Т,с).

Частота колебания (f, Гц) – число полных колебаний, совершенных в течение одной секунды.

  F = 1/ T , Гц

Звуковое поле – это область пространства, в которой распространяются звуковые волны. Звуковая волна характеризуется звуковым давлением P (н/м2), колебательной скоростью V (м/с), интенсивностью звука J (Вт/м2). Связь между ними выражается соотношениями:




 где  Р – среднеквадратичное значение звукового давления, н/м2;

        rс –волновое сопротивление среды, через которую распространяется звук (для воздуха при нормальных условиях принимается 410 (нс)/м2 );

        r - плотность среды, кг/м3;

        с – скорость звука в воздухе, принимается 343 м/с.

 

Звуковое давление – представляет собой переменное давление, возникающее дополнительно к атмосферному в той среде, через которую проходят звуковые волны. Ухо человека воспринимает звуковое давление от 2•10-5 до 2•102 Па.

Минимальная величина звукового давления, которая воспринимается ухом человека как звук, называется порогом слышимости. Звуковое давление на пороге слышимости соответствует 2•10-5 Па.

Высший предел воспринимаемого звука ухом человека, вызывающий болевое ощущение, называется болевым порогом. Звуковое давление r болевого порога соответствует 2•102 Па. При давлении выше 2•102 Па возникают головокружение, тошнота, рвота, разрыв барабанной перепонки и кровотечение из ушей. По звуковому давлению судят об интенсивности звука.

                            Интенсивностью звука называют поток звуковой энергии, приходящийся в единицу времени через площадь перпендикулярную распространению звука.

         В качестве оценочных показателей шума (дБ) принято определять следующие:

1.     Уровень звукового давления: 

 где  Р – действующее значение звукового давления стационарного сигнала, Па;

Р0 – давление на пороге слышимости при частоте 1000 Гц, равное 2•10-5 Па.

2.     Уровень интенсивности звука:

 где J и J0 – фактическая и пороговая интенсивности звука соответственно, Вт/м2.

3.     Уровень звуковой мощности:

где w - звуковая мощность, Вт;

w0 – пороговое значение мощности при частоте 1кГц, равное 10-12 Вт.

 

Физиологическое понятие шума – это громкость и частотный интервал. Громкость того или иного звука можно определить, сравнивая его со звуком, имеющим частоту 1000 Гц и звуковое давление Р = 2•10-5 н/м2 (эталонный звук).

За единицу измерения громкости принят фон – уровень громкости звука, для которого уровень давления равно громкого с ним звука с частотой 1000 Гц равен 1 дБ. Таким образом, для звуков частотой 1000 Гц фоны и децибелы численно равны.

Наряду с оценкой громкости шума в фонах используют и другую единицу громкости – сон, которая нагляднее отражает, во сколько раз один звук громче другого. Например, уровень громкости в 40 фонов принят за 1 сон, 50 фонов равны 2 сонам, 60 фонов – 4 сонам, то есть с увеличением громкости на 10 фонов величина ее в сонах возрастает вдвое.

         Физиологической особенностью восприятия частотного состава звуков является то, что слух реагирует не на абсолютный, а на относительный прирост частот: увеличение частоты колебаний вдвое воспринимается как повышение тона на определенную высоту называемую октавой.

Октава – диапазон частот, в котором верхняя граница вдвое больше нижней. Весь слышимый диапазон частот разбит на 9 октав со среднегеометрическими частотами:          16, 31, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000, 16000 Гц.

Характеристика шума  по распространению энергии по частотам входящих в него звуков называют спектральной. В зависимости от характера спектра шумы бывают тональными (узкополосными), в спектре которых имеются слышимые дискретные тона, и широкополосными – с непрерывным спектром шириной более одной октавы.

При гигиенических исследованиях имеет значение знание и некоторых других физических особенностей шума. Низкочастотные звуки распространяются в природе сферически, высокочастотные – в виде более узкого луча. Поэтому низкочастотный шум легче проникает через неплотные преграды и от него нельзя защититься экранированием, которое эффективно в борьбе с распространением высокочастотного шума.

Подобно другим явлениям волновой природы, звуковые волны обладают способностью к дифракции и интерференции. Дифракция – способность волн огибать препятствия. Интерференция – эффект сложения двух и более волн.

Звуковые волны могут отражаться от поверхностей или поглощаться ими. Степень отражения зависит от свойств материала, формы.

2 Действие шума на организм человека

В зависимости от уровня и характера шума, его продолжительности, а также от индивидуальных особенностей человека шум может оказывать на него различное действие.

Шум даже когда он невелик (при уровне 50-60 дБ),  создает значительную нагрузку на организм человека, оказывая на него психологическое воздействие. Это особенно часто наблюдается у людей занятых умственной деятельностью. Слабый шум различно влияет на людей. Причиной этого могут быть: возраст, состояние здоровья, вид труда, физическое и душевное состояние человека в момент действия шума и другие факторы. Степень вредности какого-либо шума зависит также от того, насколько он отличается от привычного шума.

Неприятное воздействие шума зависит и от индивидуального отношения к нему. Так, шум, производимый     самим человеком, не беспокоит его, в то время как небольшой посторонний шум может вызвать сильный раздражающий эффект.

Известно, что ряд таких серьезных заболеваний, как гипертоническая и язвенные болезни, неврозы, в ряде случаев желудочно-кишечные и кожные заболевания, связаны с перенапряжением нервной системы в процессе труда и отдыха. Отсутствие необходимой тишины, особенно в ночное время, приводит к преждевременной усталости, а часто и к заболеваниям. В этой связи необходимо отметить, что  шум в 30-40 дБ в ночное время может явиться серьезным беспокоящим фактором.

Под воздействием шума, превышающего 85-90 дБ, в первую очередь снижается слуховая чувствительность на высоких частотах.

Сильный шум вредно отражается на здоровье и работоспособности людей. Человек, работая при шуме, привыкает к нему, но продолжительное действие сильного шума вызывает общее утомление, может привести к ухудшению слуха, а иногда и к глухоте, нарушается процесс пищеварения, происходят изменения объема внутренних органов.

Воздействуя на кору головного мозга, шум оказывает раздражающее действие, ускоряет процесс утомления, ослабляет внимание и замедляет психические реакции. По этим причинам сильный шум в условиях производства может способствовать возникновению травматизма.

При действии шума очень высоких уровней (более 145 дБ) возможен разрыв барабанной перепонки. Таким образом, шум вызывает нежелательную реакцию всего организма человека. Патологические изменения, возникшие под влиянием шума, рассматривают как шумовую болезнь.

 

3 Нормирование шума

При нормировании шума используют два метода:

1.  нормирование по предельному спектру шума;

2.  нормирование уровня звука в дБ.

Первый метод нормирования является основным для постоянных шумов. Здесь нормируются уровни звуковых давлений (УЗД) в восьми октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами:

63, 125, 250, 500, 1000,2000, 4000, 8000 Гц

Для рабочих мест установлены допустимый уровень звука LA = 85 дБ и допустимые УЗД в среднегеометрических частотах октавных полос (таблица 37).

 

Таблица 37

Характеристика шума

Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц

63

125

250

500

1000

2000

4000

8000

Допустимые УЗД на
рабочих местах, L, дБ

99

92

86

83

80

78

76

74

Совокупность восьми допустимых УЗД называют предельным спектром.

Второй метод нормирования общего уровня шума измеренного по шкале А (шкала А  имитирует кривую чувствительности уха человека) шумомера и называемого уровнем звука в дБА, используется для ориентировочной оценки постоянного и непостоянного шума.

Уровень звука (дБА) связан с предельным спектром (ПС) зависимостью: LA = ПС + 5, дБА.

4 Средства защиты от шума

1.  Уменьшение шума непосредственно в источнике его возникновения. Для этого необходимо:

-  заменять ударные процессы и механизмы безударными (штамповку – прессованием, клепку – сваркой, обрубку – резкой, возвратно-поступательное движение – вращательным);

-  по возможности заменять зубчатые и цепные передачи клиноременными, что снижает шум на 10 – 14 дБ;

-  заменять подшипника качения на подшипники скольжения, что снижает шум на 10 – 15 дБ;

-  по возможности заменять металлические детали деталями из пластмасс, что снижает шум на 10 – 12 дБ;

-  более широко применять принудительное смазывание трущихся поверхностей в сочленениях;

-  использовать прокладочные материалы и упругие вставки в соединениях, с целью исключения  или уменьшения передачи колебаний от одной детали или части агрегата к другой.

2.  Ослабление шума на пути его распространения. Для этого необходимо:

-  проектируемые промышленные предприятия располагать с подветренной стороны от жилого массива;

-  вокруг шумных цехов производить озеленение заводских территорий;

-  увеличивать площади цехов, так как с увеличением расстояния от источника шума, уровень его снижается;

-  наиболее шумные цеха концентрировать в одном, двух местах;

-  тихие помещения располагать вдали от шумных, через несколько других помещений;

-  над шумным оборудованием располагать различного рода пористые фигуры (кубы, ромбы, шары);

-  использовать звукоизоляцию. Звукоизолирующие кожухи, экраны, стены, перегородки выполняют из плотных твердых материалов, способных хорошо отражать звуковые волны, препятствуя их распространению (металл, пластмассы, бетон, кирпич);

-  использовать звукопоглощение. Хорошими звукопоглощающими материалами являются полиуретан, минеральная вата, супертонкое стекловолокно (СТСВ), ячеистые бетоны, перфорированные гипсовые плитки, имеющие коэффициент звукопоглощения   a = 0,2 – 0,9.

Звукоизолирующие и звукопоглощающие материалы обычно используют совместно.

3.  Применение индивидуальных средств и внедрение рационального режима труда и отдыха. Индивидуальными средствами защиты от шума являются: вкладыши, наушники, шлемы.

Вкладыши – это вставленные в слуховой канал мягкие 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.

Наушники. Они плотно облегают ушную раковину и удерживаются дугообразной пружиной. Наушники наиболее эффективны на высоких частотах.

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

 

5 Расчет уровня звукового давления

Цель расчета уровня звукового давления – сравнить полученное расчетным путем значение уровня звукового давления на рабочем месте со значением уровня звукового давления, нормируемого в соответствии с ГОСТ 27409-87 "Шум. Нормирование шумовых характеристик стационарного оборудования. Основные положения".

Уровень звукового давления от n – источников монотонного шума в середине помещения:

,                    (33)

где Lpi - уровень звуковой мощности от  i -го источника шума;

ri - расстояние  i -го источника шума до середины помещения, м;

B - постоянная помещения, м3.

Постоянная помещения:

,                                                    (34)

где V - объем помещения, м3.

m - частотный множитель (таблица 39).

Уровень звукового давления от n - источников импульсного шума в середине помещения:

,            (35)

где ti - время действия шума  i -го источника, ч;

T - общее время воздействия шума за смену, ч.

При отсутствии шумовых характеристик оборудования или при проектировании нового оборудования уровень звуковой мощности от рассматриваемого оборудования определяется следующим образом.

Мощность излучателя (W, Вт) шума определяется по формуле:

W = r ? C ? S ? V 2,                                     (36)

где r - плотность воздуха, (r =1,29 кг/ м3);

C - скорость звука. в воздухе, 340 м/с;

S - площадь излучаемой (вибрирующей) поверхности, м2;

V- колебательная скорость, усредненная по вибрирующей поверхности, м/с.

Значение   Vmax ,(м/с) вычисляется:

Vmax  = 2 r f A,                                        (37)

где f - частота колебаний вибрации, Гц;

A - амплитуда колебаний вибрации, мм.

f = n/60,                                                       (38)

где n - обороты вращения элемента.

Примечание

 Точное значение Vmax  определяется экспериментально.

,                                              (39)

где lmax - максимальный линейный размер вибрирующей поверхности элемента конструкции, мм;

 h - толщина вибрирующей поверхности, мм. Уровень звуковой мощности , дБ.

,                                          (40)

где W0 - пороговое значение уровня звуковой мощности, равное 10-12 Вт.

Порядок выполнения расчета

1. Определить уровень звукового давления для соответствующего вида шума по формулам 33 и 34.

2. Сравнить уровень звукового давления с санитарными нормами ГОСТ 27409-87 при соответствующей частоте (таблица 40).

Таблица 39                            Частотный множитель

 

Объём помещения, м3

Среднегеометрические частоты, Гц

63

125

250

500

1000

2000

4000

8000

меньше 200

0,80

0,75

0,70

0,80

1,00

1,40

1,80

2,60

200-500

0,65

0,62

0,64

0,75

1,00

1,50

2,40

4,20

больше 500

0,50

0,50

0,55

0,70

1,00

1,60

3,00

6,00

 


Таблица 40                       Уровень звукового давления

 

Наименование

Частота, Гц

Допускаемый уровень

63

125

250

500

1000

2000

4000

8000

Уровень звукового давления в дБ

1. При шуме, проникающем извне помещений, находящихся на территории предприятий:

а) Конструкторские бюро, лаборатории, для теоретических работ

71

61

54

49

45

42

40

38

50

б) Помещения для управлений

79

70

63

58

55

52

50

49

60

в) кабинеты для наблюдения и дистанционного управления

94

87

82

78

75

73

71

70

80

г) то же, с речевой связью по телефону

83

74

68

63

60

57

55

54

65

2. При шуме возникающем внутри помещений и проникающем в помещение

а) помещения точной сборки

83

74

68

63

60

57

55

54

65

б) помещения лаборатории

94

87

82

78

75

73

71

70

80

3. Постоянные рабочие места в производственном помещении

99

92

86

83

80

78

76

74

85