Эксплуатация современного промышленного оборудования и средств транспорта сопровождается значительным уровнем шума и вибрации, негативно влияющих на состояние здоровья работающих. С точки зрения безопасности труда шум и вибрация – одни из наиболее распространенных вредных производственных факторов на производстве, которые при определенных условиях могут выступать как опасные производственные факторы. Кроме шумового и вибрационного воздействия, вредное влияние на человека в процессе труда могут оказывать инфразвуковые и ультразвуковые колебания.
Шум –это сочетание звуков различной частоты и интенсивности. С физиологической точки зрения шумом называют любой нежелательный звук, оказывающий вредное воздействие на организм человека.
Звуковые колебания, воспринимаемые органами слуха человека, являются механическими колебаниями, распространяющимися в упругой среде (твердой, жидкой или газообразной).
Основным признаком механических колебаний является повторность процесса движения через определенный промежуток времени. Минимальный интервал времени, через который происходит повторение движения тела, называют периодом колебаний (Т), а обратную ему величину – частотой колебаний (f). Эти величины связаны между собой простым соотношением
|
|
, (3.1)
где f – частота колебаний в герцах (Гц);
Т – период колебаний в секундах, с.
Для характеристики колебаний используют также циклическую частоту (w, c-1), которая определяется как число колебаний, происходящих за 2p секунд. Между обычной и циклической частотами существует следующая связь
w=2p f. (3.2)
Циклическая частота и период колебаний связаны следующим соотношением
w=2p/ T. (3.3)
Звуковые волны переносят энергию. Для характеристики среднего потока энергии в какой-либо точке среды вводят понятие интенсивности звука – это количество энергии, переносимое звуковой волной за единицу времени через единицу площади поверхности, нормальной (расположенной под углом 90°) к направлению распространения волны. Интенсивность звука выражается следующим образом
I=P2/(r×C), (3.4)
где I – интенсивность звука, Вт/м2;
Р –звуковое давление (разность между мгновенным значением полного давления и средним значением давления, которое наблюдается в среде при отсутствии звукового поля), Па;
r – плотность среды, кг/м3;
С –скорость звука в среде, м/с.
Сила воздействия звуковой волны на барабанную перепонку человеческого уха и вызываемое ею ощущение громкости зависят от звукового давления. Звуковое давление – это дополнительное давление, возникающее в газе или жидкости при нахождении там звуковой волны.
|
|
Уровень интенсивности звука определяют по формуле
, (3.5)
где li –уровень интенсивности в децибелах (дБ);
I – интенсивность звука, Вт/м2;
I 0 – интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости человеческого уха (I 0 – постоянная величина; I 0 = 10-12 Вт/м2 на частоте 1000 Гц).
Человеческое ухо, а также многие акустические приборы реагируют не на интенсивность звука, а на звуковое давление, уровень которого определяется по формуле
, (3.6)
где Р –звуковое давление, Па;
Р0 –пороговое звуковое давление (Р0 –постоянная величина, Р0 = = 2 × 10-5 Па на частоте 1000 Гц).
Нормирование уровня шума на рабочих местах осуществляют согласно ГОСТ 12.1.003—83 и санитарным нормам СН 2.2.4/ 2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки». Допустимые уровни звукового давления устанавливают в девяти октавных полосах частот в зависимости от вида производственной деятельности. Нормируемыми параметрами шума являются уровни звукового давления (дБ) в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц и эквивалентный (по энергии) уровень звука, измеренный по шкале А шумомера (дБА) (рис.3.1) на временной характеристике «медленно». Для тонального и импульсного шума допустимый уровень звука должен быть на 5 дБ ниже указанных уровней.
Рассмотрим, как действует шум на организм человека.
Звуки очень большой силы, уровень которых превышает 120¸130 дБ, вызывают болевое ощущение и повреждения в слуховом аппарате (акустическая травма). В таблице 3.1 представлены уровни различных звуков.
Таблица 3.1 Уровни различных звуков в зависимости от источника шума
и расстояния
Источник шума | Расстояние, м | Уровень шума, дБ |
Жилая комната | — | |
Речь средней громкости | ||
Машинописное бюро | — | |
Металлорежущие станки | на раб. месте | 80-96 |
Дизельный грузовик | ||
Пневмоперфоратор | ||
Реактивный двигатель |
Разрыв барабанных перепонок в органах слуха человека происходит под воздействием шума, уровень звукового давления которого составляет»186 дБ. Воздействие на организм человека шума, уровень которого около 196 дБ, приведет к повреждению легочной ткани (порог легочного повреждения).
Однако не только сильные шумы, приводящие к мгновенной глухоте или повреждению органов слуха человека, вредно отражаются на здоровье и работоспособности людей. Шумы небольшой интенсивности, порядка 50¸60 дБ, негативно воздействуют на нервную систему человека, вызывают бессонницу, неспособность сосредоточиться, что ведет к снижению производительности труда и повышает вероятность возникновения несчастных случаев на производстве. Шум, производимый самим человеком, обычно не беспокоит его. В отличие от этого посторонние шумы часто вызывают сильный раздражающий эффект.
При постоянном воздействии шума на организм человека могут возникнуть патологические изменения, называемые шумовой болезнью, которая является профессиональным заболеванием.
Измерение, анализ и регистрация спектра шума производятся специальными приборами – шумомерами (рис.3.1) и вспомогательными приборами (самописцем уровней шума, магнитофоном, осциллографом, анализаторами статистического распределения, дозиметрами и др.). Поскольку ухо менее чувствительно к низким и более чувствительно к высоким частотам, для получения показаний, соответствующих уровню восприятия человека, в шумомерах используют систему корректированных частотных характеристик – шкалы А, В, С, D и линейную шкалу, которые отличаются по восприятию. В практике применяется в основном шкала А.
Рисунок 3.1 - Схемашумомера:
1 – измерительный микрофон; 2 – усилитель; 3 – анализатор частоты (фильтр); 4 – детектор; 5 – регистратор
|
|
В шумомерах используют конденсаторные или пьезоэлектрические микрофоны, преобразующие звуковые колебания в электрические, которые затем усиливаются, проходят через корректирующие фильтры и выпрямитель и поступают на прибор – регистратор.
Наиболее рациональный способ уменьшения шума – снижение звуковой мощности его источника (машины, установки, агрегата и т.д.).
Этот способ борьбы с шумом носит название уменьшения шума в источнике его возникновения. Снижение механических шумов достигается: улучшением конструкции машин и механизмов, заменой деталей из металлических материалов на пластмассовые, заменой ударных технологических процессов на безударные (например, клепку рекомендуется заменять сваркой, штамповку – прессованием и т.д.), применением вместо зубчатых передач в машинах и механизмах других видов передач (например, клиноременных) или использованием зубчатых передач, не издающих громких звуков (например, при использовании не прямозубых, а косозубых или шевронных шестерен), нанесением смазки на трущиеся детали и рядом других мероприятий.
Для уменьшения аэродинамических и гидродинамических шумов рекомендуются снижение скорости обтекания газовыми или воздушными потоками препятствий, улучшение аэродинамики тел, работающих в контакте с потоками; снижение скорости истечения газовой струи и уменьшение диаметра отверстия, из которого эта струя истекает; выбор оптимальных режимов работы насосов для перекачивания жидкостей; правильное проектирование и эксплуатация гидросистем и ряд других мероприятий.
Следующим способом снижения шума является изменение направленности его излучения. Этот способ применяется в том случае, когда работающее устройство (машина, агрегат, установка) направленно излучает шум. Примером такого устройства может служить труба для сброса в атмосферу сжатого воздуха.
Если на территории предприятия расположен один или несколько шумных цехов, то их рекомендуется сосредоточить в одном–двух местах, максимально удаленных от остальных производств. При расположении предприятия на территории города шумные производства должны находиться на значительном удалении от жилых домов. Это мероприятие по борьбе с шумом называется рациональной планировкой предприятий и цехов.
|
|
Следующий способ борьбы с шумом связан с уменьшением звуковой мощности по пути распространения шума (звукоизоляция). Практически это достигается использованием звукоизолирующих ограждений, звукоизолирующих кабин и пультов управления, звукоизолирующих кожухов и акустических экранов.
К звукоизолирующим ограждениям относятся стены, перекрытия, перегородки, остекленные проемы, окна, двери. Основная количественная характеристика эффективности звукоизолирующих свойств ограждений – коэффициент звукопроницаемости t (безразмерная величина), который может быть рассчитан по следующей формуле
, (3.7)
где I пр и I пад – интенсивности прошедшего через ограждение и падающего звука, Вт/м2);
Р при Р пад – звуковое давление прошедшего через ограждение и падающего звука, Па.
Для практических расчетов звукоизолирующей способности однослойных ограждений применяется формула
R = 20 lg (m 0 f) - 47,5, (3.8)
где m 0–масса 1 м2 ограждения, кг;
f – частота звука, Гц.
В качестве материалов для звукоизолирующих ограждений рекомендуется использовать бетон, железобетон, кирпич, керамические блоки, деревянные полотна (для изготовления дверей), стекло и т.д.
Количественной характеристикой звукопоглощающих материалов является коэффициент звукопоглощения a, который определяется выражением
, (3.9)
где Епад –падающая звуковая энергия;
Епогл –поглощенная звуковая энергия;
Еотр – отраженная звуковая энергия.
Звукопоглощающими называют материалы, у которых величина a превышает 0,2. Примером этих материалов могут служить плиты и маты из минеральной ваты, базальтового и стеклянного волокна, акустические плиты с зернистой или волокнистой структурой типа «Акмигран», «Акминит», «Силакпор» и др.