Шум, вибрация и защита от них

Шум — совокупность звуков различной частоты и интенсивности. Звук представляет собой волнообразное колебательное движение твердых тел, передающееся через упругую среду (жидкость, газ, твердое тело).

К физическим характеристикам колебательного движения относятся период и амплитуда колебаний.

Периодом колебаний называют время, в течение которого совершается одно полное колебание. Амплитуда — наибольшее отклонение колеблющегося тела от положения равновесия.

Звук характеризуется частотой, давлением и интенсивностью.

Частота колебаний — число полных колебаний (периодов) в единицу времени (1 с) — выражается в герцах (Гц).

Органы слуха человека (уши) воспринимают звуки с частотами от 16 до 20000 Гц; не воспринимаемые человеком звуки частотой до 16 Гц называют инфразвуками, а более 20 000 Гц — ультразвуками. Ухо человека наиболее чувствительно к звукам частотой 1000...3000 Гц.

Синусоидальное распространение звуковых волн сопровождается изменением давления воздуха в различных точках воздушной среды.

Звуковым давлением называется отклонение создаваемого звуковой волной результирующего давления воздуха от атмосферного. Его измеряют в паскалях (Па).

Порог слышимости — изменение звукового давления Р_о = 2 * 10^-5 Па, которое воспринимают органы слуха человека. Его определяют при частоте 1000 Гц и интенсивности звука І = 10^-12 Вт/м².

Интенсивностью звука I называют поток энергии в какой-либо точке среды в единицу времени, отнесенный к единице поверхности, нормальной к направлению распространения звука в данной точке. Интенсивность звука

І= р v

где р — давление звука, Па; v — колебательная скорость, м/с.

Диапазон воспринимаемых человеческим ухом звуков составляет 0... 130 дБ; при 131 дБ и выше в ушах возникают болевые ощущения. Уровень звукового давления, создаваемый при нормальном разговоре, составляет 40...50 дБ, от громкого автомобильного сигнала на расстоянии 7 м — 80 дБ, от грузового автомобиля на расстоянии 1 м —80...85 дБ, от работающего вблизи реактивного двигателя — 120... 130 дБ.

Разные по силе и частоте звуки иногда воспринимаются как равногромкие. Для сравнения между собой различных по частотному составу звуков разной интенсивности введено понятие уровня громкости звука. За единицу измерения уровня громкости звука принят фон, который соответствует звуку частотой 1000 Гц и интенсивностью 1 дБ. Стандартным звуком считается звук частотой 1000 Гц и интенсивностью 20 дБ, т. е 20 фон.

Соотношение звуков по высоте (тону) образует частотный интервал. Оценка уровня звука в децибелах не учитывает частотный характер шума, поэтому важной характеристикой последнего является его спектр, представляющий собой взаимозависимость звука (дБ) и частоты (Гц).

Шум классифицируют по характеру спектра и времени действия (ГОСТ 12.1.003-83).

По характеру спектра шум подразделяют на широкополосный, если он имеет непрерывный спектр шириной более одной октавы, и тональный, если в спектре имеются слышимые прерывистые (дискретные) тона, на 10 дБ превышающие шумы в соседних октавах.

Сплошной спектр генерируют реактивные двигатели, а дискретный с частотными перерывами — дисковые пилы. Звук с интенсивно изменяющимся во времени уровнем (более 100 дБ/с) называют импульсным.

По времени действия различают шумы постоянные и непостоянные. Если шум за рабочий день (8 ч) изменяется во времени не более чем на 5 дБ, он считается постоянным.

Непостоянные шумы с непрерывно изменяющимся уровнем во времени называют колеблющимися, а если уровень шума, изменяясь, резко снижается до уровня фонового шума, то — прерывистым. Шум считается импульсным, если он состоит из одного или нескольких звуковых сигналов каждый длительностью менее 1 с.

Для физиологической оценки влияния шума на человека различают низкочастотный (до 300 Гц), среднечастотный (300...800 Гц) и высокочастотный (более 800 Гц) шумы.

Шум формируется при совместном действии многих источников звуков различной интенсивности и частоты. Из-за сложности этого процесса амплитуды интенсивности, давления и других величин шума оказываются переменными по всей шкале частот. При этом в одних диапазонах частот суммарная амплитуда колебаний может быть максимальной, а в других — минимальной. Это затрудняет оценку интенсивности шума. Поэтому в спектре весь звуковой диапазон частот разделен на девять октав, среднегеометрическими частотами которых являются: 32,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 и 16 000 Гц (20...40, 40...80, 80... 160, 160...320, 320...640, 640...1280, 1280...2560, 2560...5120, 5120...10 240 Гц).

Вибрация — механические колебания механизмов, машин или их деталей. В соответствии с ГОСТ 12.1.012—78 вибрацию классифицируют следующим образом.

По способу передачи на человека вибрацию подразделяют на общую, передающуюся через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека, и локальную, передающуюся через руки человека.

По источнику возникновения вибрацию подразделяют на транспортную (при движении машин), транспортно-технологическую (при совмещении движения с технологическим процессом, при разбрасывании удобрений, косьбе или обмолоте самоходным комбайном и т. д.) и технологическую (при работе стационарных машин, например насосных агрегатов).

Вибрация характеризуется частотой т. е. числом колебаний в секунду (Гц), амплитудой А, т. е. смещением волн, или высотой подъема от положения равновесия (мм), скоростью v (м/с) и ускорением а (м/с²). Весь диапазон частот вибраций также разбивается на октавные полосы: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000 Гц.

При работе в условиях шумов и вибраций производительность труда снижается, растет число травм. На некоторых рабочих местах в сельскохозяйственном производстве шумы и вибрации превышают нормируемые значения, а в некоторых случаях они близки к предельным. Не всегда соответствуют нормам уровни вибраций на органах управления. Обычно в спектре шумов и вибраций преобладают высокочастотные шумы и низкочастотные вибрации, отрицательно действующие на организм.

Продолжительный шум вызывает головную боль, головокружение, может привести к заболеванию нервной и сердечнососудистой систем, нарушению функций желудочно-кишечного тракта и обменных процессов в организме. У работающих в условиях постоянного шума наблюдаются снижение памяти, повышенная утомляемость, замедленная скорость психических реакций.

Шум нарушает точность и координацию движений, концентрацию внимания, ухудшает восприятие звуковых и световых сигналов опасности, способствуя росту травматизма. Патологические изменения, возникающие под действием шума, рассматривают как «шумовую болезнь». Звуковые колебания воспринимаются не только слуховым органом, но и непосредственно через кости черепа (костная проводимость), что при высоких уровнях шума усугубляет его вредное воздействие. При уровне шума около 140 дБ возможен разрыв барабанных перепонок. Органы слуха людей имеют неодинаковую чувствительность к разным частотам. Наиболее болезненно воспринимается высокочастотный шум.

Вредное влияние шума на организм человека усугубляется при одновременном воздействии на него других вредных факторов, таких, как неблагоприятный микроклимат, отравляющие вещества и особенно вибрация.

Наиболее негативно воспринимается непостоянный (особенно импульсный) шум, так как адаптация органов слуха к переменному звуковому раздражению затруднена.

Некоторые виды вибрации неблагоприятно воздействуют на нервную и сердечнососудистую системы, вестибулярный аппарат. Наиболее вредное влияние на организм человека оказывает вибрация, частота которой совпадает с частотой собственных колебаний отдельных органов, примерные значения которых следующие (Гц): желудок —2...3; почки —6...8; сердце — 4...6; кишечник— 2...4; вестибулярный аппарат —0,5...1,3; глаза —40...100 и т.д.

Воздействие на мускульные рефлексы достигает 20 Гц; нагруженное массой оператора сиденье на тракторе имеет собственную частоту вибрации 1,5... 1,8 Гц, а задние колеса трактора — 4 Гц. Организму человека вибрация передается в момент контакта с вибрирующим объектом: при действии на конечности возникает локальная вибрация, а на все тело — общая. Локальная вибрация поражает нервно-мышечные ткани и опорно-двигательный аппарат и приводит к спазмам периферических сосудов. При длительных и интенсивных вибрациях в некоторых случаях развивается профессиональная патология (к ней чаще приводит локальная вибрация): периферическая, церебральная или церебрально-периферическая вибрационная болезнь. В последнем случае наблюдаются изменения сердечной деятельности, общее возбуждение или, наоборот, торможение, утомление, появление болей, ощущение тряски внутренних органов, тошнота. В этих случаях вибрации влияют и на костно-суставной аппарат, мышцы, периферийное кровообращение, зрение, слух.

Особо опасны общие вибрации с частотами, близкими к частотам организма и отдельных его органов.

Местные вибрации вызывают спазмы сосудов, которые развиваются с концевых фаланг пальцев, распространяясь на всю кисть, предплечье, и охватывают сосуды сердца.

Тело человека рассматривается как сочетание масс с упругими элементами. В одном случае это все туловище с нижней частью позвоночника и тазом (стоящий человек), в другом — верхняя часть туловища в сочетании с верхней частью позвоночника, наклоненной вперед (сидящий человек). Для стоящего на вибрирующей поверхности человека существуют два резонансных пика на частотах 5...12 и 17...25 Гц, для сидящего — на частотах 4...6 Гц. Для головы резонансные частоты находятся в области 20...30 Гц. В этом диапазоне частот амплитуда колебаний головы может превышать амплитуду колебания плеч в 3 раза. Колебания внутренних органов, грудной клетки и брюшной полости обнаруживают резонанс на частотах 3,0...3,5 Гц.

Максимальная амплитуда колебаний брюшной стенки наблюдается на частотах 7...8 Гц. С увеличением частоты колебаний их амплитуда при передаче по телу человека ослабляется. В положении стоя и сидя эти ослабления на костях таза равны 9 дБ на октаву изменения частоты, на груди и голове—12дБ, на плече — 12...14дБ. Эти данные не распространяются на резонансные частоты, при воздействии которых происходит не ослабление, а увеличение колебательной скорости.

В производственных условиях ручные машины, вибрация которых имеет максимальные уровни энергии (максимальный уровень виброскорости) в полосах низких частот (до 36 Гц), вызывают вибрационную патологию с преимущественным поражением нервно-мышечной ткани и опорно-двигательного аппарата. При работе с ручными машинами, вибрация которых имеет максимальный уровень энергии в высокочастотной области спектра (выше 125 Гц), возникают главным образом сосудистые расстройства. При воздействии вибрации низкой частоты заболевание возникает через 8... 10 лет, а при воздействии высокочастотной вибрации — через 5 лет и раньше. Общая вибрация разных параметров вызывает различную степень выраженности изменений нервной системы (центральной и вегетативной), сердечнососудистой системы и вестибулярного аппарата.

Цель нормирования шумов и вибраций — предотвращение функциональных расстройств и заболеваний, чрезмерного утомления и снижения работоспособности. В основе гигиенического нормирования лежат медицинские показания. Нормированием устанавливают допустимую суточную или недельную дозы, предупреждающие в условиях трудовой деятельности функциональные расстройства или заболевания работающих.

Для гигиенической оценки постоянного шума служат уровни звукового давления в октавных полосах частот (спектр шума), а для ориентировочной оценки шумовой обстановки допускается использование уровня звука в дБ А, измеряемого по характеристике А шумомером (приближенно соответствует частотной характеристике слуха человека).

Непостоянный шум характеризуют эквивалентным (по энергии) уровнем, который оказывает такое же действие на человека, как и постоянный шум того же уровня. Удобна оценка шума дозой за сутки или более длительное время. Она характеризует энергию шума, накопленную за время действия, и важна при учете той ранее накопленной дозы, с которой человек приходит на работу или домой.

Предельно допустимые уровни шума на рабочих местах в приведены в ГОСТ 12.1.003—83.

При вибрации колебательная энергия Q, поглощенная телом человека, пропорциональна площади S (м2) контакта, времени Т (с) воздействия и интенсивности И [Н • м/(м² • с)] раздражителя, т. е.

Интенсивность И вибрации, а следовательно, и колебательная энергия Q прямо пропорциональны квадрату колебательной скорости:

И=v²Z/S,

где v — среднеквадратическое значение колебательной скорости, м/с; Z/S— модуль входного удельного механического импеданса* (полное механическое сопротивление, оказываемое системой возмущающей переменной силе) в зоне контакта, Н • с/м³.

Для нормирования воздействия вибрации установлены четыре критерия: обеспечение комфорта, сохранение работоспособности, сохранение здоровья и обеспечение безопасности. В последнем случае используются предельно допустимые уровни для рабочих мест.

Применительно к вибрациям существует техническое (распространяется на источник вибрации) и гигиеническое нормирование (определяет ПДУ вибрации на рабочих местах). Последнее ограничивает уровни вибрационной скорости и ускорения в октавных или третьоктавных полосах среднегеометрических частот.

Для гигиенической оценки вибрации, действующей на человека, используют частотный (спектральный) анализ нормируемого параметра, интегральную оценку по частоте нормируемого параметра и дозу вибрации.

При частотном (спектральном) анализе в качестве нормируемых параметров используют среднеквадратические значения виброскорости v или виброускорения а для локальной вибрации в октавных или трехоктавных полосах частот.

Вибрацию, воздействующую на человека, нормируют для каждого установленного направления. Гигиенические нормы вибрации при частотном (спектральном) анализе установлены для длительности воздействия 480 мин. Гигиенические нормы в логарифмических уровнях среднеквадратических значений виброскорости для общей локальной вибрации в зависимости от категории приведены в ГОСТ 12.1.012—78. Эти значения положены в основу норм СН 245—71 и требований в рамках ССБТ.

Средства оценки. Для измерения и анализа шума служат шумомеры и вспомогательные приборы (самописцы уровней, магнитофоны и др.).

Профилактические меры по защите от шумов и вибраций заключаются в уменьшении их в источнике образования и на пути распространения, а также в применении индивидуальных средств защиты, проведении санитарных и организационных мероприятий. Средства, снижающие шум, могут быть механического, аэродинамического, электромагнитного и гидродинамического происхождения.

Различают средства коллективной и индивидуальной защиты.

Средства и методы коллективной защиты подразделяют на акустические, архитектурно-планировочные и организационно-технические; акустические, в свою очередь, — на средства звукоизоляции, звукопоглощения, виброизоляции, демпфирования, глушители шума.

Уменьшения шума и вибрации в источнике возникновения достигают изменением технологического процесса с заменой шумного оборудования бесшумным; изготовлением деталей из капрона, резины, текстолита, своевременным проведением профилактических мероприятий и смазочных операций; центрированием и балансировкой деталей; уменьшением зазоров в сочленениях.

Шум и вибрацию можно уменьшать на пути их распространения посредством звуко- и виброизоляции. Звукоизоляцию осуществляют, устраивая ограждающие конструкции (кожухи, кабины), применяя звукопоглощающие материалы и конструкции (перфорированные конструкции с пористым заполнителем, акустические плиты).

Передачу колебаний на основание агрегата или конструкцию здания ослабляют посредством экранирования, что является одновременно средством борьбы и с шумом.

В качестве вибропоглощающих покрытий обычно используют мастики № 579, 580, типа БД-17 и простейшие конструкции (слои рубероида, проклеенные битумом или синтетическим клеем). Аэродинамический шум гасят глушителями различных конструкций.

Если методы коллективной защиты не дают результата или их нерационально применять, то используют средства индивидуальной защиты. Их выбирают с учетом спектра шума. В зависимости от конструктивного исполнения различают противошумные наушники (закрывают ушную раковину снаружи), противошумные вкладыши (перекрывают наружный слуховой проход или прилегают к нему) и противошумные шлемы.

Основные методы защиты от вредного воздействия ультразвука — использование автоматического ультразвукового оборудования, а также установок с дистанционным управлением, что позволяет устранить контактное воздействие ультразвука. Целесообразно применять маломощное оборудование.

Технологическое оборудование должно иметь звукоизолирующие кожухи из стали. Со стороны источника ультразвука стенки кожуха оклеивают вибропоглощающим материалом, толщина которого в 2 раза превышает толщину стенки. Звукоизолирующий кожух виброизолируют от пола резиновыми прокладками толщиной не менее 5 мм.

В качестве средств защиты от вибрации при работе с механизированным инструментом применяют антивибрационные рукавицы и специальную обувь. Антивибрационные полусапоги имеют многослойную резиновую подошву.

Длительность работы с вибрирующим инструментом не должна превышать 2/3 рабочей смены. Операции распределяют между работниками так, чтобы продолжительность непрерывного действия вибрации, включая микропаузы, не превышала 15...20 мин. Рекомендуется делать перерывы на 20 мин через 1...2ч после начала смены и на 30 мин через 2 ч после обеда.

Во время перерывов следует выполнять специальный комплекс гимнастических упражнений и гидропроцедуры — ванночки при температуре воды 38 °С, а также самомассаж конечностей.

Если вибрация машины превышает допустимое значение, то время контакта работающего с этой машиной ограничивают.

Для повышения защитных свойств организма, работоспособности и трудовой активности следует использовать специальные комплексы производственной гимнастики, витаминную профилактику (два раза в год комплекс витаминов С, В, никотиновую кислоту), спецпитание.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: