Вибрация и шум

Вибрация - это процесс распространения механических колебаний в твердом теле. Причиной вибрации являются неуравновешенные силовые воздействия. Явление вибрации широко применяют в медицине и технике, однако длительное воздействие вибрации на человека является опасным. Опасна вибрация при определенных условиях для машин и механизмов, так как может вызвать их разрушение.

В зависимости от способа передачи колебаний человеку вибрацию делят на:

- общую (передается через опорные поверхности на тело человека);

- локальную (передается только через конечности человека).

По направлению действия вибрацию подразделяют на:

- вертикальную (распространяется по оси Х перпендикулярно к опорной поверхности);

- горизонтальную (распространяется по оси Y от спины к груди или по оси Z от правого к левому плечу).

Вибрационная патология стоит на втором месте (после пылевых) в среде профессиональных заболеваний человека. При воздействии общей вибрации наблюдается головокружение, расстройство координации движения, симптомы укачивания. Снижается острота зрения на 40 %.

Колебания механических тел с частотой ниже 20 Гц воспринимаются как вибрация, а выше - одновременно как вибрация и шум. Особенно вредна вибрация с частотой 6 - 9 Гц из-за возможности резонанса клеток организма человека, имеющих собственную частоту колебаний порядка 8 Гц. Для головы человека резонансной является вибрация частотой 17 - 25 Гц. Резонансные явления вибраций могут вызывать механические повреждения организма человека. При увеличении амплитуды колебаний увеличивается энергия вибраций, что приводит к нарушению функций организма, деформациям и уменьшению подвижности суставов. В диапазоне частот от 2 до 12 Гц появляются болезненные ощущения в грудной клетке, боли в пояснице, полости рта, гортани, в некоторых мышцах.

Особенно опасен один из видов локальной вибрации, так называемая толчкообразная вибрация, она вызывает микротравмы различных тканей с последующими реактивными изменениями физиологии человека.

Вибрационная болезнь от воздействия общей вибрации и толчков регистрируется у водителей транспорта, у рабочих заводов железобетонных изделий. Бич современного производства в машиностроении – локальная вибрация. Наиболее ей подвержены люди, работающие с ручным механизированным инструментом. Она вызывает спазмы сосудов кисти, предплечья, нарушая снабжение конечностей кровью. Также при этом происходит отложение солей в суставах пальцев, что влечет за собой уменьшение их подвижности.

Сроки заболевания вибрационной болезнью зависят от времени непрерывного контакта с вибрацией и суммарного времени воздействия вибрации за смену. Например, у бурильщиков это время составляет 8-10 мин.

Гигиеническое нормирование вибраций регламентирует параметры производственной вибрации и правила поведения с виброопасными механизмами. ГОСТ 12.1.012-90 «ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования». Санитарные нормы СН 2.2.4/2.1.8.556-96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий».

Абсолютные значения параметров вибрации изменяются в широких пределах. Поэтому удобнее пользоваться уровнем параметров. Уровень параметра – это десятикратный логарифм отношения абсолютной величины параметра к некоторой величине, принятой за начало отсчета. Измеряются уровни в децибелах (дБ).

Основными параметрами, характеризующими вибрацию, являются амплитуда, период и частота колебаний.

Существует несколько основных направлений борьбы с вибрацией.

Борьба с вибрацией в источнике её возникновения предполагает конструирование и проектирование таких машин и технологических процессов, в которых исключены или снижены неуравновешенные силы, отсутствует ударное взаимодействие деталей. Применение специальных видов зацепления позволяет снизить уровень вибрации на 3-4 дБ.

Отстройка от режима резонанса достигается изменением характеристик системы путем введения в конструкцию ребер жесткости.

Вибродемпфирование – это снижение вибрации объекта путем превращения её энергии в другие виды (в конечном счете, в тепловую). При этом используются материалы с большим внутренним трением (пластмассы, дерева, резины) или нанесением упруго-вязких материалов, обладающими большими потерями на внутреннее трение (рубероид, мастика, пластические материалы).

Виброгашение – это способ снижения вибрации путем введения в систему дополнительных реактивных сопротивлений. Одним из способов является установка виброгасителей, которые забирают на себя вредное действие вибрации. Колебания виброгасителя в каждый момент времени находятся в противофазе с колебаниями агрегата.

Виброизоляция является основным средством борьбы с распространением вибраций. За счет снижения колебательной энергии по пути её распространения от излучателя. Производственные агрегаты, в которых обычно возникает вибрация, передают эти колебания основанию и фундаменту.

Для ослабления передачи вибрации от источника к основанию широкое распространение получили амортизаторы в виде стальных пружин, листовых рессор, упругих материалов: резины, пробки, асбестовых вкладок и др. Кроме того, применяются гидравлические, пневматические и комбинированные амортизаторы, виброплощадки на воздушных подушках, гибкие вставки и прокладки. Необходимые типы амортизаторов выбирают в зависимости от диапазона частот вынужденных колебаний.

Примером виброзащиты могут служить также гибкие вставки в воздуховодах, «плавающие полы», виброизолирующие опоры (для изоляции машин с вертикальной возмущающей силой).

В промышленности находит применение активная виброзащита, которая предусматривает введение дополнительного источника энергии, с помощью которого осуществляется обратная связь от изолируемого объекта к системе виброизоляции. Для защиты от вибрации применяются специальные средства индивидуальной защиты (рукавицы, перчатки).

Шум - по механические колебания, звуковые процессы, неблагоприятные для восприятия и отрицательно сказывающиеся на организме человека. При длительном воздействии шума снижается острота слуха, ослабляется внимание, ухудшается зрение, координация движений, значительно увеличивается расход энергии при одинаковой физической нагрузке. Интенсивный шум приводит к нарушению деятельности сердечно-­сосудистой и других систем организма.

Колебания звука характеризуются скоростью и частотой. Скорость распространения звуковой волны зависит от свойств среды:

- в воздухе – 344 м/с, в воде 1500 м/с, в дереве – 3500 м/с при нормальном атмосферном давлении 760 мм.рт. ст. и температуре 20 ⁰С.

Частота представляет больший интерес, чем длина волны. Человеческое ухо воспринимает звуковые колебания в диапазоне (16¸20000) Гц. Колебания с частотой ниже 16 Гц (инфразвук) и выше 20 000 Гц (ультразвук) не воспринимаются органами слуха, хотя они в определенной степени оказывают воздействие на организм человека.

Основными физическими характеристиками звука являются: звуковое давление (Р, Па), интенсивность (I, Вт/м²) и частотный диапазон (Гц).

Звуковое давление - переменная составляющая давления воздуха (если звук передается в воздухе), накладывающаяся на постоянное атмосферное давление и образуемая источником колебаний.

Интенсивность звука - энергия звуковой волны, переносимая через площадку 1 м², перпендикулярную направлению движения волны за 1 с.

Минимальные и максимальные звуковые давления Р₀, Р и интенсивности звука I₀, I, воспринимаемые человеком, называются пороговыми.

Физиологическое восприятие шума зависит не только от звукового давления, но и от частоты. Слышимый диапазон частот (16¸20000) разбит на октавы. Октава - интервал, в котором верхнее значение частоты f_B больше нижнего f_H в два раза.

Для характеристики интенсивности звука или шума принята измерительная система, учитывающая приближенную логарифмическую зависимость между раздражением и слуховым восприятием – шкала белл или единицы в 10 раз меньше - децибел. Для измерения уровня шума на рабочем месте используется определение уровня звукового давления, т.к. человеческое ухо чувствительно не к интенсивности, а к звуковому давлению.

Уровни шума принято измерять в относительных единицах, называемых децибелами, по формуле, приведенной ниже

, (1.1)

где L – уровень шума, дБА (Шкала А – среднее значение уровня звукового давления, не выделенное по частотам, приближенным к уровню звука воспринимаемым человеком. Принята в акустическом стандарте России);

Р – звуковое давление, Па;

Р₀ – нулевое значение звукового давления, условно принятое равным 2 ∙ 10 ^-5 Па.

Вредное воздействие шума зависит от длительности нахождения человека в неблагоприятных в акустическом отношении условиях. Поэтому введено понятие дозы шума.

Доза шума – интегральная величина, учитывающая акустическую энергию, воздействующую на человека за определенный период времени, определяется по формуле

(1.2)

где Р_А² - значение звукового давления соответствующее измеренному значению уровня шума, Па².

Аудиометрией называется испытание органа слуха человека, которое позволяет установить отклонение слуха человека от нормы. Прибор – аудиомер.

Расчет уровня шума от нескольких источников производится по формуле

, (1.3)

где L_СУМ – уровень шума от нескольких источников в равноудаленной от них точке, дБ;

L – уровень шума от одного источника, дБ;

n - число источников.

При совместном действии двух источников с различными уровнями шума расчет ведется по формуле

, (1.4)

где L₁ – больший из двух уровней шума, дБ;

- добавка, определяемая из специальных таблиц по разности между L₁ и L₂.

Нормирование шума проводится по предельному спектру шума (когда частотный диапазон делят на 8 октавных полос для удобства пользования) и по уровню звукового давления (с помощью специального прибора – шумомера) и служит для определения соответствия рабочих мест санитарным нормам.

Защита от шума достигается внедрением звукоизолирующих приспособлений, систем автоматического выключения источников шума, звукопоглощающих и реактивных устройств, использованием материалов с большим внутренним трением (резина, асбест, битум) в том числе и на пути распространения звука, строительно-акустическими мероприятиями (зелеными насаждениями, рациональным расположением шумящего оборудования), применением средств индивидуальной защиты (наушники, беруши) и т.д.

Нормирование шума производится из условия его безвредности для окружающих. Официальные нормы в СН 2.2.4/2.1.8.562-96 Шум на рабочих местах, в помещениях жилых общественных зданий и на территории жилой застройки: санитарные нормы.

Поиск по сайту: