Лекція 7. Захист від шуму, ультра і інфразвуку та вібрації

7.1. Захист від шуму

7.1.1. Фізичні і гігієнічні характеристики шуму

Шум – будь-який несприятливий звук, який діє на людину. Це сполучення звуків різної частоти та інтенсивності.

З фізичної точки зору звук являє собою механічне хвильове коливання пружного середовища, яке супроводжується виникненням надлишкового тиснення, яке сприймається людиною через слуховий орган у діапазоні частот (16 – 20) кГц.

Звук – коливання якогось середовища (повітря, води), які виникають при порушенні стаціонарного стану під впливом збуджуючої сили. Частка починає коливатися відносно положення рівноваги з швидкістю коливань значно меншою ніж швидкість розповсюдження звукової хвилі (швидкості звука), яка залежить від пружних властивостей та густини середовища (V_зв = 344 м/с при 20 ºС, Р = 780 мм. рт. ст.). Джерелом звука є коливання твердих, рідких, газоподібних тіл.

По своєму походженню шум поділяється на :

- механічний;

- аерогідродинамічний (виникає в наслідок нестаціонарних процесів в рідинах або газах);

- електромагнітний (в наслідок дії змінних електромагнітних сил, які призводять до коливань деяких вузлів та елементів машин та механізмів).

Основними фізичними характеристиками шуму є P, I i f.

Звукове тиснення – це змінна складова тиснення навколишнього середовища (атмосферного), що виникає при проходженні звукової хвилі.

Це різниця між миттєвим значенням повного тиснення та середнім тисненням в не збудженому середовищі. На слух діє середній квадрат звукового тиснення:

(P)² = (1/T) ₀ ò ^T p²(f)dt

T = 30-10 mc. Найменше звукове тиснення, яке сприймається людиною (норма чутливості 2 10-5 Па, частота 1000Гц. При Р = 2*10² Па – виникають больові відчуття.

Інтенсивність звуку – густина потоку потужності звукової хвилі Вт/м2:

I = P² / (r c) = PU

Орган слуху здатний сприймати звуки з інтенсивністю 10^-12 – 10² Вт/м²
(при f=1000 Гц). Ці значення є порогові (щодо звукового тиснення), але вони залежать від частоти звука і від індивідуальних властивостей людини.

Зона чутливості в плані змінювання і дуже велика. Враховуючи ці обставини і той факт, що по закону Вебера-Фехнера залежність між інтенсивністю звука і слуховим сприйманням носить логарифмічний характер, А.Г.Белл запропонував використовувати логарифмічну шкалу, Логарифмічна величина, яка характеризує інтенсивність звуку (шуму) одержала назву рівня інтенсивності звуку (шуму), які вимірюються в Белах:

L = lg (I / I₀ )

де I – інтенсивність звуку.

Так як інтенсивність звука пропорційна квадрату P, записують вираз для логарифмічної величини, який характеризує звукове тиснення:

L = lg ( P² / P²₀ ) = 2lg ( P / P₀ ) = L_T

де L_T – рівень звукового тиснення

Людське вухо реагує на величину в 10 разів меншу ніж Бел, тому отримала поширення одиниця децибел:

L_P = 20lg ( P / P₀ ) = L_T; L_I =10lg ( I / I₀ )

Рівнями інтенсивності L_I оперують при виконанні акустичних розрахунків, а L_P – при вимірюванні шуму та оцінки його впливу на людину, так як слуховий орган чутливий до середнє квадратичного тиснення.

Дія шуму на людину в значній мірі залежить від частотного діапазону.

Звуковий діапазон складає (16 – 20000) Гц, найбільш важливий для сприйняття є діапазон (45 – 1000 Гц). Саме в цьому діапазоні частот лежить розмовна мова.

Для частотної характеристики шуму його діапазон по частоті поділяють на смуги з визначеним співвідношенням верхньої границі частоти f_в до нижньої f_н. Відомо, що при подвоєнні частоти висота звуку в будь-якому діапазоні частот змінюється на одну й ту ж величину, яка називається октавною, Таким чином, смуга частот, у якій верхня границя частоти дорівнює подвійній нижній називається октавною смугою (f_в / f_н = 2). Октавні смуги є найбільш поширені для гігієнічної оцінки шуму. Для технічної характеристики шумових параметрів набувають поширення три октавні смуги, для яких

f_в / f_н = 2^1/3 = 1,26

Будь-які (в тому числі октавні) смуги частот в акустиці характеризуються та позначаються їх середньо геометричним значенням f_c = ( f_в f_н )^1/2.

В залежності від спектрального складу шум може бути виражений за допомогою його складових у вигляді залежності: L_P = f ( F _Гц ), які мають назву частотних спектрів або просто спектрів.

По характеру спектру відповідно до ГОСТ 12.1.003 – 83 шум підрозділяють на:

- широкосмуговий (з переривчастим спектром, що має ширину більш 1 октави);

- 4 тональний (в спектрі якого є виражені дискретні тони).

Більшість джерел шуму на підприємстві мають широкосмуговий або змішаний спектр.

Важливе значення мають тимчасові характеристики шуму за якими його підрозділяють на постійний та непостійний (коливального характеру в часі, переривчастий, імпульсний t < 1c).

Постійний шум – рівень звука який змінюється за 8 год. (робочий день) не більш як на 5 дБа.

Суб’єктивне сприймання шуму не підпорядковується звичайним залежностям, що випливають з фізичних характеристик звуку, так як слуховий орган неоднаково чутливий до звуків різних частот.

Для оцінки суб’єктивного відчуття введено поняття рівня гучності, який відраховується від умовного “нульового” порога. Одиниця – фон. Він відповідає різниці рівня звукового тиснення в 1 дБ еталонного звука при частоті 1000 Гц. Рівень гучності – фізіологічна характеристика звукових коливань.

За допомогою спеціальних фізіологічних досліджень побудовані криві гучності, за якими визначають рівень гучності будь-якого звука з рівнем звукового тиснення що задано. Для орієнтувальної оцінки шуму на підставі всіх факторів (частоти, часу) відповідно до ГОСТ 12.1.003 – 83 пропонується використовувати рівень звуку, що є еквівалентним рівню звуку.

7.1.2. Вплив шуму на організм людини

Шум – загально біологічний подразник (в деяких умовах може впливати на всі органи та системи людини).

Найбільш повно вивченим є вплив на орган слуху. Інтенсивний шум, при регулярній дії, призводить до туговухості (поступової втрати слуху на обидва вуха початково в зоні високих частот (400 Гц) з послідовним поширенням на більш низькі частоти), погіршення сприймання мови (ознакою початку захворювання є головний біль, шум у вухах, втрата рівноваги). При великих Р – розрив барабанної перетинки. Найбільш несприятливим для органа слуху є шум 1000 – 4000 Гц.

Шум має вплив на різні відділи головного мозку, порушуючи нормальні процеси нервової діяльності. Характерне: стомлювання, апатія, роздратованість, погіршення пам’яті, слабкість).

Шум великої інтенсивності призводить до змін у серцево-судинній системі, що супроводжуються порушеннями тонусу та ритму серцевих скорочень, та до змін артеріального кров’яного тиснення.

Під впливом шуму порушується нормальне функціонування шлунка (зменшується кількість шлункового соку, змінюється кислотність, виникає гастрит та язва шлунку).

В останні роки було встановлено вплив шуму на орган зору ( зменшується стійкість ясного бачення та гострота зору, погіршується кольоросприймання).

Шум призводить до порушення процесів обміну.

Переривчастий та імпульсний шум порушують точність виконання операцій, погіршують процес сприймання та засвоєння інформації. Найбільш чутливими до шуму є такі операції: складання та збір інформації, мислення.

Під дією шуму відбувається зменшення продуктивності праці на підприємстві, збільшення кількості браку, створення небезпечності .

Тому заходи по боротьбі з шумом мають велике економічне та оздоровче значення.

7.1.3. Нормування та вимірювання

Шкідливість шуму як фактора виробничого середовища і середовища життєдіяльності людини приводить до необхідності обмежувати його рівні. Санітарно-гігієнічне нормування шумів здійснюється згідно (ДСН 3.3.6.037-99), в основному, двома способами – методом граничних спектрів (ГС) і методом рівня звуку.

Метод граничних спектрів, який застосовують для нормування постійного шуму, передбачає обмеження рівнів звукового тиску в октавних смугах із середніми геометричними частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 і 8000 Гц. Сукупність цих граничних октавних рівнів називають граничним спектром. Позначають той чи інший граничний спектр рівнем його звукового тиску на частоті 1000 Гц. Наприклад, “ГС-75” означає, що даний граничний спектр має на частоті 1000 Гц рівень звукового тиску 75 дБ.

Метод рівнів звуку застосовують для орієнтовній гігієнічний оцінки постійного шуму та визначення непостійного шуму, наприклад, зовнішнього шуму транспортних засобів, міського шуму. При цьому методі вимірюють коректований по частотам у відповідності з чутливістю вуха загальний рівень звукового тиску у всьому діапазоні частот, що відповідає перерахованим вище октавним смугам. Виміряний таким чином рівень звуку дає змогу характеризувати величину шуму не дев’ятьма цифрами рівнів звукового тиску, як у методі граничних спектрів, а однією. Вимірюють рівень звуку в децибелах А (дБА) шумоміром із стандартною коректованою частотною характер-ристикою, в якому за допомогою відповідних фільтрів знижена чутливість на низьких та високих частотах.

Непостійний шум характеризують також еквівалентним (за енергією) рівнем звуку, тобто рівнем звуку постійного широкосмугового не імпульсного шуму, що має такий самий вплив на людину, як і даний непостійний шум. Еквівалентний рівень - це рівень постійного шуму, дія якого відповідає дії фактичного шуму із змінними рівнями за той же час, виміряного по шкалі “А”.

Для непостійного та імпульсного шуму нормованим параметром є еквівалентний рівень шуму у дБАекв. Для імпульсного шуму нормується також максимальний рівень шуму – у дБА.

Для постійного шуму нормування ведуть по граничним спектрам шуму (сукупність нормативних рівней звукового тиснення у 9 октавних смугах частот з середньо геометричними частотами 31,5 – 8000 Гц) . Кожен ПС має цифрове позначення ПС – 80 – 1000 Гц, Для орієнтувальної оцінки постійного широкосмугового шуму ДСН 3.3.6.037-99 визначає гранично допустимі значення рівня звука на постійних робочих місцях та на території підприємств.

Для непостійного шуму встановлені гранично допустимі еквівалентні рівні звуку на постійних робочих місцях та на території.

Нормування по зазначеним параметрам здійснюється в залежності від типу виробничих приміщень та від типу робіт, що виконуються

Порядок вимірювання рівнів звуку шумомірами та розрахунок еквівалентного рівня регламентовано ДСН 3.36.037-99. Звичайний шумомір складається з мікрофону, підсилювача, фільтрів (корегуючих, октавних) та приладу, що показує. Існують прилади – акустичні дозиметри, за допомогою яких безпосередньо вимірюють еквівалентний рівень звуку. Вимірювання шуму можна також здійснювати за допомогою сучасних комп’ютерів.

Вимірювання шуму проводиться на постійних робочих місцях у приміщеннях, на території підприємств, на промислових спорудах та машинах (в кабінах, на пультах управління і т. п.).Результати вимірювань повинні характеризувати шумовий вплив за час робочої зміни (робочого дня). Шум на робочих місцях вимірюється при включенні не менш ніж 2/3 станків і устаткування, що діють у цеху або на дільниці. При проведенні вимірювань мікрофон слід розташовувати на висоті 1,5 м над рівнем підлоги чи робочого майданчика (якщо робота виконується стоячи) чи на висоті і відстані 15 см від вуха людини, на яку діє шум (якщо робота виконується сидячи чи лежачи). Мікрофон повинен бути зорієнтований у напрямку максимального рівня шуму та віддалений не менш ніж на 0,5 м від оператора, який проводить вимірювання.

Тривалість вимірювання непостійного шуму:

- для переривчастого шуму, за час повного робочого циклу з урахуванням сумарної тривалості перерв з рівнем фонового шуму;

- для шуму, що коливається у часі, допускається загальна тривалість вимірювання – 30 хвилин безперервно або вимірювання складається з трьох десятихвилиних циклів;

- для імпульсного шуму тривалість вимірювання - 30 хвилин.

Для вимірювання шумових характеристик використовуються прилади, яки називаються шумовимірювачі..

Вітчизняні підприємства виготовляють шумовимірювачі наступних марок: ШУМ – 1, ШМ – 1, ПИ – 5, ВШВ.

Найбільш відомим закордонним виробником шумовимірювальної апаратури є датська фірма “Брюль і Кьєр”.

Існують також і розрахункові методи визначення рівня звука, які визначені у (СНиП П – 12 – 77).

7.1.4. Методи та засоби боротьби з шумом

Відповідно до ГОСТ 12.1.003 – 83 захист від шуму повинен досягатися шумобезпечною технікою, застосуванням засобів та методів колективного захисту (ГОСТ 12.1.029 – 30); засобів індивідуального захисту (ГОСТ 12.4.051 – 78), та будівельно-акустичними методами.

Для створення шумобезпечної техніки на стадії її проектування повинні використовуватись методи, які знижують шум в самому джерелі. Їх підрозділяють на методи:

- що знижують збудження шуму;

- що знижують звуковипромінюючу здатність джерела.

Шляхи та засоби зниження збудження шуму залежать від способу генерації та характерних особливостей джерел шуму. Так одним з найбільш поширених джерел шуму (механічного) є зубчаті передачі, підшипники.

Зниження шуму шестерні досягається підвищенням точності її обробки і складання, підбиранням матеріалів з максимальним внутрішнім тертям (при заміні сталевих шестерень чавунними шум знижується на 3 – 4 дБ), конструкції зубчатих колес (найменший рівень шуму створюють конічні, шевронні і косі зубці).

Зниження шуму у підшипниках досягається точністю посадки (щоб не було перекосів, забезпечувалась максимальна щільність посадки), вірно вибраним мастилом, заміною, де це можливо, підшипників котіння на підшипники ковзання.

Зниження шуму при обробці різанням досягається вибором матеріалу різця, його формою, заточенням.

При наявності елементів, що мають співударяння, особисту роль відіграють матеріали з яких їх вироблено, жорсткість конструкції, форма і геометричні характеристики пар, що мають співударяння.

Зниження аеродинамічного шуму досягається покращенням аеродинамічних характеристик конструктивних елементів, наприклад – плазмотрона.

Зниження електромагнітного шуму досягається вибором оптимальних розмірів, технологій і якості виготування магніто проводів, підбором значень магнітної індукції та ін.

Для зниження звуковипромінюваючої здатності джерела, його поверхню покривають демпріруючими матеріалами, які мають велике внутрішнє тертя. Найбільш розповсюджені жорсткі покриття з пружних в’язких матеріалів (лінолеума, мастик).

До числа архітектурно-плануючих засобів із зниження шуму в цехах належать: раціональне планування територій підприємства (при яких об’єкти, які потребують захисту від шуму – лабораторії, КБ, ВЦ – максимально віддалені від шумових устаткувань і приміщень), раціональне по поверхове планування будинків і розміщення устаткування, що генерує шум, розміщення робочих місць і організація транспортних потоків, створення шумозахисних зон.

Акустичні засоби – це засоби захисту від шуму на шляху його розповсюдження. До них у першу чергу відносяться звукоізоляція і звукопоглинання.

Метод звукоізоляції засновано на відбитті звукової хвилі, яка падає на огорожу (стіни, кожухи, екрани). Для оцінки звукоізоляційних здатностей огорожі введено поняття звукопроникнення, під яким розуміють відношення звукової енергії, яка проходить через огорожу P_пр до енергії, що падає P_пад f

t = I_пр / I_пад

Величина зворотна звукопроникненню – звукоізоляція. Вона пов’язана з звукопроникністю залежністю: R = 10lg ( 1/t )

Числова величина фактичної звукоізоляції створена огорожею визначається її фізично-механічними характеристиками, відстанню до джерела, частотою звука. Чим більше густина поверхні огорожі, тим важче привести її в стан коливань, а виходячи з цього, вище звукоізолюючі властивості огорожі, т.ч. звукоізоляція в значній мірі залежить від жорсткості конструкції.

Існує також закон маси:

R = 20lg (Gf) - 60

де G – маса 1 м² огорожі.

Але дія цього закону має частотні обмеження, яки наведено на рисунку.

Рис. 7.1. Залежність закону R = (f)

Для звукоізоляції використовують тверді або масивні матеріали. Засобами звукоізоляції рівень шуму в приміщеннях може бути знижений на
30 – 40 дБ. Методи акустичного розрахунку звукоізолюючої здатності огорожі викладені в СНиП Г 12 – 77.

Звукопоглинання засновано на переході енергії звукових коливань часток повітря у теплоту внаслідок витрат на тертя в порах матеріалу, що поглинає звук. Чим більше звукової енергії поглинається, тим менш її відбивається у приміщення, тому для зниження шуму в приміщеннях проводять його акустичну обробку шляхом нанесення матеріалів, що вбирають звук, на внутрішні поверхні, а також розміщення у приміщенні штучних вбирачів. Ефективність акустичної обробки характеризується коефіцієнтом звуко-поглинання a, який являє собою відношення звукової енергії, що вбирається E_вбр до енергії, що падає: E_пад.

a = E_вбр / E_пад

При a=0 – вся енергія відбивається, при a=0 – вся енергія поглинається (ефект “відчиненого вікна”).

Матеріал вважають звукопоглинаючим, якщо він має коефіцієнт звукопоглинання > 0.2 (a для цегли та бетону – 0.05 – 0.01).

Матеріали, що вбирають звук, повинні мати відчинену пористість, для забезпечення відсутності перешкод звуковим хвилям, що проникають у них.

Для звукопоглинання використовують скловолокно, мінвату, ДВП, пористий полівінілхлорид, цементні пористі плити.

Звукопоглинаючи властивості залежать від товщини шару матеріалу, частоти звука, наявності повітряного прошарку між поверхнею та облицювальною плитою. Максимальне звукопоглинання на середніх і високих частотах (a=0,6–0,9). Для підвищення поглинання на низьких частотах створюють повітряний прошарок d = 20-200 мм.

Для досягнення реального ефекту рекомендується робити облицювання не менш ніж на 60% загальної площі поверхні, що огороджено.

Окрім облицювання для поглинання звуку використовують штучні вбирачі, створені у вигляді кубів, конусів, куль. Штучні вбирачі розташовують якнайближче до джерела шуму. Максимальне зниження рівня шуму у відбитому полі за допомогою акустичної обробки не перевищує 6 – 8 дБ. Методика акустичного розрахунку за СНиП П 12 – 77.

Для зниження аеродинамічного шуму використовують глушники. Глушники бувають абсорбційні, реактивні, комбіновані.

В абсорбційних глушниках затухання шуму відбувається у порах матеріалу, що вбирає звук. Принцип дії реактивних глушників заснован на ефекті відбиття звуку в результаті заснування “хвильової пробки” в елементах глушника. Для створення “хвильових пробок” ці глушники мають поєднані між собою камери, розширення, звуження, резонансні поглиблення екрану.

В комбінованих глушниках виникає як вбирання (за рахунок матеріалів, що вбирають звук), так і відбиття звуку.

Цікавим та принципово новим методом зниження шуму є метод активного шумопригнічення. Він заснован на створенні “антизвуку” тобто рівного за рівнем і протилежного по фазі звука. В наслідок інтерференції основного звуку та антизвуку, в деяких місцях приміщення можливо створити зони тиші. Цей метод є ефективним для пригнічення тональних шумів.

В місці, де треба зменшити шум, встановлюють мікрофон, сигнал від якого перетворюється в електричний, надходить на фазоінвертор і далі на підсилювач та динаміки, що встановлюють визначеним чином. Вже розроблений комплекс апаратури для інтерференції шумопригнічення.

Для захисту працівників від шуму також використовуються засоби індивідуального захисту, яки дозволяють знизити рівень сприймання звуку на 10 – 45 дБ, причому найбільш значні глушіння спостерігаються в області високих частот.

Засоби індивідуального захисту поділяють на:

- протишумові укладки (закривають вушну раковину зовні);

- протишумові навушники (перекривають слуховий прохід);

- протишумові каски і шоломи (закривають всю голову і застосовуються у сполученні з навушниками і протишумовими костюмами).

7.2. Захист від ультразвуку

Ультразвук можна розглядати як механічні коливання природного середовища, які мають однакову із звуком фізичну природу, але відрізняються більш високою частотою.

Специфічною особливістю УЗ є можливість розповсюдження ультразвукових коливань, які направлені пучком, що дозволяє створювати великий ультразвуковий тиск на невеликій площі. Ця властивість обумовила широке використання УЗ для очищення, сушіння, технічного контролю.

Джерелом ультразвуку є устаткування, в якому генеруються УЗ коливання для виконання технологічних операцій (УЗ зварювання, дефектоскопія, очищення і т.і.), а також устаткування і техпроцес, при експлуатації якого УЗ виникає як супутній фактор (плазмове різання та зварювання, напилення, дифузійне зварювання, кисневе різання).

Ультразвуковий діапазон поділяється на низькочастотні коливання (1.12 104 - 1 105 Гц), які розповсюджуються у повітрі та контактним шляхом і високочастотні коливання (1 105 – 1 109 Гц), які розповсюджуються тільки контактним шляхом. Промислове устаткування працює в основному з УЗ частотою 18 – 70 кГц.

Основними параметрами є :

- УЗ тиск;

- інтенсивність;

- частоти.

При розповсюдженні у різних середовищах УЗ хвилі вбираються тим більш, чим вище їх частота. Тому НЧ і УЗ добре поширюються у повітрі, а УЗ практично не розповсюджується. В пружних середовищах (вода, метал і т.і.). УЗ мало поглинає і поширює на великі відстані. При вбиранні УЗ має місце нагрівання середовища.

УЗ діє на людину в наступних випадках:

- при його розповсюдженні за допомогою повітря (часто разом з шумом);

- при безпосередньому контакті з рідкими та твердими тілами, в яких поширюється (контактна дія).

Явище контактної дії найбільш безпечно застосовується у медицині.

Вплив УЗ може викликати ураження периферичної нервової і судинної системи людини у місцях контакту (вегетативний поліневрит, м’язова слабкість пальців, плечей та передпліччя).

При тривалій дії НЧ і УЗ можуть відбуватися функціональні розлади центральної і периферійної нервової системи, серцево-судинної системи, слухового та вестибулярного апарату.

На відміну від шуму УЗ має менший вплив на слухову функцію, але призводить до значних відхилень від норми вестибулярної функції, больової чутливості, терморепресії.

Нормування УЗ проводиться у відповідності до ГОСТ 12.1.003 – 83, згідно з яким встановлені допустимі рівні звукового тиску у третьоктавних повних частотах з середньо номінальним значенням.

Характеристикою УЗ, який розповсюджується контактним шляхом, є пікове значення віброшвидкості (м/с) у частотному діапазоні 1105 – 1109 кГц або його логарифм.

Рівні УЗ у зонах контакту рук та інших частин тіла операторів з робочими органами приладів та устаткування, що є допустимі, не повинні перевищувати 110 дБ.

Для колективного захисту від УЗ використовують наступні заходи:

- зменшення шкідливого випромінювання у джерелі;

- локалізація дії ультразвуку за допомогою конструктивних і планувальних рішень;

- організаційно-профілактичні заходи.

Для зменшення кількості шкідливого випромінювання у джерелі рекомендується підвищувати робочі частоти джерел (не менш 18 кГц) УЗ, що забезпечує в інтенсивності УЗ на робочих місцях і виключає випромінювання звукової енергії.

Для локалізації УЗ обов’язковим є використання звукоізольованих кожухів або екранів, які звичайно виготовляються з сталевого або дюралюмінієвого листа, товщина якого складає 0.7 – 1 мм., внутрішня поверхня кожуху повинна бути обклеєна гумою або тонким (5 – 10мм.) шаруватим матеріалом, що вбирає звук ( можна досягти ефекту 50 – 70 дБ).Можливе використання еластичних кожухів з 2 – 3 шарів гуми загальною товщиною 4 – 5 мм. Між робочими місцями та обладнанням встановлюють екрани з прозорих матеріалів. Контрольно-планувальні рішення вимагають застосування дистанційного керування і систем планування, розміщення УЗ устаткування в спеціальних приміщеннях, кабінах, загорожах.

Контактна дія УЗ може бути виключена шляхом автоматизації виробничих процесів і застосування дистанційного керування.

Використовують спецінструмент з вібраційною сіткою і захисні рукавички, якщо в цьому є потреба.

Організаційно-профілактичні заходи складаються з проведення інструктажів і встановлення раціональних розпорядків щодо праці та відпочинку.

Для індивідуальних засобів захисту використовуються протишуми.

УЗ устаткування повинно відповідати вимогам ГОСТ 12.2.003 – 74. Контроль - на висоті 1.5 м, на відстані 0.5 м. від устаткування у 44 точках по контуру.

7.3. Інфразвук

Механічні коливання природного середовища до 20 Гц. Характеристики – ті ж самі, що і для шуму та 3природні джерела: землетрус, вулкан, морські бурі. У виробничих умовах 13 виникає при роботі тихохідних машин і механізмів, що мають великі габарити, а також компресорів, вентиляторів, які здійснюють зворотно-поступальні або обертальні рухи з частотою до 20 Гц.

Інфразвук добре розповсюджується у повітрі та передається на великі відстані.

Інфразвук має негативний вплив на весь організм, у тому числі і на органи слуху (біль у вухах, зниження слухової чутливості на усіх частотах).

Інфразвук сприймається організмом як фізичне навантаження: виникає стомлення, головний біль, запаморочення, вестибулярні порушення, знижується гострота зору, порушується периферійний кровообіг, з’являється почуття страху. Тяжкість впливу залежить від діапазону частоти, рівня звукового тиску та тривалості дії.

Інфразвук з рівнем коливань 150 дБ та більш зовсім не переноситься організмом (впливає на органи травлення, функції гам мозку, ритм серцевих скорочень, непритомність, втрату зору та слуху, порушення дихання (6.9 Гц).

Особливо несприятливі наслідки при частоті 2 – 15 Гц, що пов’язано з виникненням резонансних явищ в організмі людини, найбільш небезпечною частотою є частота 7 Гц, так як можливе спів падання з ритмом біотопів мозку.

Відповідно до СН 22 – 74 – 80 нормовані рівні 13 – тиск у відповідності повних частот (2, 4, 8 і 16 Гц), а також 32 Гц (102 дБ).методи боротьби такі ж самі, як і з низькочастотним шумом. Контроль здійснюється шумомірами ШВК – 1 з фільтром Ф 3-2.

7.4. Захист від вібрації

Вібрація серед всіх видів механічних впливів для технічних об'єктів найбільш небезпечна. Знакозмінні напруження, викликані вібрацією, сприяють накопиченню пошкоджень в матеріалах, появі тріщин та руйнуванню. Найчастіше і досить швидко руйнування об'єкта настає при вібраційних впливах за умов резонансу. Вібрації викликають також й відмови машин, приладів.

За способом передачі на тіло людини вібрацію поділяють на загальну, яка передається через опорні поверхні на тіло людини, та локальну, котра передається через руки людини. У виробничих умовах часто зустрічаються випадки комбінованого впливу вібрації – загальної

та локальної.

Вібрація викликає порушення фізіологічного та функціонального станів людини. Стійкі шкідливі фізіологічні зміни називають вібраційною хворобою. Симптоми вібраційної хвороби проявляються у вигляді головного болю, заніміння пальців рук, болю в кистях та передпліччі, виникають судоми, підвищується чутливість до охолодження, з'являється безсоння. При вібраційній хворобі виникають патологічні зміни спинного мозку, серцево-судинної системи, кісткових тканин та суглобів, змінюється капілярний кровообіг.

Функціональні зміни, пов'язані з дією вібрації на людину-оператора - погіршення зору, зміни реакції вестибулярного апарату, виникнення галюцинацій, швидка втомлюваність. Негативні відчуття від вібрації виникають при прискореннях, що складають 5% прискорення сили ваги, тобто при 0,5 м/с2. Особливо шкідливі вібрації з частотами, близькими по частот власних коливань тіла людини, більшість котрих знаходиться в межах 6...30 Гц.

Резонансні частоти окремих частин тіла наступні:

- очі – 22...27

- горло – 6...12

- грудна клітка – 2...12

- ноги, руки – 2...8

- голова – 8...27

- обличчя та щелепи – 4...27

- поперечна частина хребта – 4...14

- живіт – 4...12

Загальну вібрацію за джерелом її виникнення поділяють на:

- транспортну, котра виникає внаслідок руху по дорогах;

- транспортно-технологічну, котра виникає при роботі машин, які виконують технологічні операції в стаціонарному положенні або при переміщенні по спеціально підготовлених частинах виробничих приміщень, виробничих майданчиків;

- технологічну, що впливає на операторів стаціонарних машин або передається на робочі місця, які не мають джерел вібрації.

7.4.1. Гігієнічні характеристики та нормування вібрацій

Гігієнічне нормування вібрацій забезпечує вібробезпеку умов праці Дія вібрації на організм людини визначається наступними її характеристиками: інтенсивністю, спектральним складом, тривалістю впливу, напрямком дії.

Показниками інтенсивності є середньоквадратичні або амплітудні значення віброприскорення, віброшвидкості або віброзміщення, виміряні на робочому місці. Для оцінки інтенсивності вібрації поряд з розмірними величинами використовується логарифмічна децибельна шкала. Це пов'язано з широким діапазоном зміни параметрів, при котрих вимірювання їх лінійною шкалою стає практично неможливим. Особливість цієї шкали – відлік значень від порогового початкового рівня. Децибел – математичне безрозмірне поняття, котре характеризує відношення двох незалежних однойменних величин:

Де D – вимірюваний кінематичний параметр вібрації (віброзміщення, віброшвидкість, віброприскорення);

D0 – початкове (порогове) значення відповідного параметра. Для гармонійної вібрації з частотою ¦ логарифмічні рівні віброзміщення L_u та L_a віброприскорення Ь_а визначаються через логарифмічний рівень віброшвидкості Lv:

L_a= L_v+20lg¦-60

L_u= L_v -20lg¦+60

Для стандартних порогових значень прийняті наступні величини

параметрів вібрації: віброзміщення u₀ = 8 х 10^{-12 м; віброшвидкості
v}₀ = 5 х 10^-8 м/с; віброприскорення a₀ = 3 х 10^-4 м/с². Зі швидкістю v₀ коливається поверхня, що випромінює звукову енергію на порозі чутності (p₀=2х10^-5 Н/м²).

Гігієнічну оцінку вібрації, що діє на людину у виробничих умовах, згідно з ГОСТ 12.1.012-90 здійснюють за одним з наступних методів:

- частотним (спектральним) аналізом нормованого параметра;

- інтегральною оцінкою за частотою нормованого параметра;

- дозою вібрації.

Гігієнічною характеристикою вібрації є нормовані параметри, вибрані в залежності від застосовуваного методу її гігієнічної оцінки.

Гігієнічною характеристикою вібрації є нормовані параметри, вибрані в залежності від застосовуваного методу її гігієнічної оцінки.

При частотному (спектральному) аналізі нормованими параметрами є середні квадратичні значення віброшвидкості u, їх логарифмічні рівні L_u або віброприскорення для локальної вібрації в октавних смугах частот, а для загальної вібрації – в октавних або 1/3 октавних смугах частот.

Середньоквадратичне значення деякої неперервної періодичної функції А(t) з періодом Т визначається за виразом:

Для гармонійної функції її середньоквадратичне значення:

де Атax – амплітудне значення функції. Логарифмічні рівні віброшвидкості, дБ:

При інтегральній оцінці за частотою нормованим параметром є коректоване значення контрольованого параметра вібрації U, виміряне за допомогою спеціальних фільтрів або розраховане за формулою:

де Ui – середнє квадратичне значення контрольованого параметра (віброшвидкості або віброприскорення) в і-й частотній смузі;

n – число частотних смуг в нормованому частотному діапазоні;

ki – питомий коефіцієнт для і-ї частотної смуги.

Оцінка локальної вібрації здійснюється за середнім часом дії коректованим значенням:

де Uj – коректоване значення контрольованого параметр визначається згідно з попередній формулою в j-му проміжку часу;

m – загальне число отриманих коректованих значень за однакові проміжки часу.

При оцінці вібрації за допомогою дози нормованим параметром є еквівалентне коректоване значення:

де D ‑ доза вібрації, що визначається за формулою:

де U(t) – миттєве коректоване значення параметра вібрації в момент часу t, отримане за допомогою коректувального фільтра; і – час впливу вібрації протягом робочої зміни.

Вібрацію, що діє на людину, нормують окремо для кожного встановленого напрямку згідно з ГОСТ 12.1.012-90.

Гігієнічні норми вібрації, що впливають на людину у виробничих умовах встановлені для тривалості 480 хв. (8 год). При впливі вібрації котра перевищує встановлені нормативи, тривалість її впливу на людину протягом робочої зміни слід зменшити згідно з даними табл. 7.2

Таблиця 7.2

Допустима тривалість вібраційного впливу при перевищенні нормативних значень

При локальній вібрації залежність допустимих значень нормованого параметра Ut від часу фактичної дії вібрації t (що не перевищує 480 хв.) визначається за формулою:

де U₄₈₀ – допустиме значення нормованого параметра при тривалості дії вібрації 480 хв. Максимальне значеня Ut не повинне перевищувати величин, що встановлені для t=30 хв.

Загальний спектр частот вібрації містить октавні частотні смуги з середньогеометричними значеннями частот 1; 2; 4; 8; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц. Вібрація з середньогеометричними частотами 31,5 Гц відноситься до низькочастотної, з більшими середньо-геометричними частотами – до високочастотної.

Тривалий вплив вібрації з середньогеометричними значеннями частот 16...250 Гц є особливо небезпечним.

При дії локальної вібрації з перервами протягом робочої зміни допустимі значення нормованого параметра збільшуються шляхом множення на коефіцієнти, що наводяться нижче (табл. 7.3):

Таблиця 7.3

Коефіцієнти збільшення допустимих значень нормованого параметра дії локальної вібрації

7.4.2. Методи боротьби з вібрацієй

Загальні методи боротьби з вібрацією базуються на аналізі рівнянь, котрі описують коливання машин у виробничих умовах і класифікуються наступним чином:

- зниження вібрацій в джерелі виникнення шляхом зниження або усунення збуджувальних сил;

- відлагодження від резонансних режимів раціональним вибором приведеної маси або жорсткості системи, котра коливається;

- вібродемпферування – зниження вібрацій за рахунок сили тертя демпферного пристрою, тобто переведення коливної енергії в тепло;

- динамічне гасіння – введення в коливну систему додаткових мас або збільшення жорсткості системи;

- віброізоляція – введення в коливну систему додаткового пружного зв'язку, з метою послаблення передавання вібрацій, суміжному елементу конструкції або робочому місцю;

- використання індивідуальних засобів захисту.

Зниження вібрації в джерелі її виникнення досягається шляхом зменшення сили, яка викликає коливання. Тому ще на стадії проектування машин та механічних пристроїв потрібно вибирати кінематичні схеми, котрих динамічні процеси, викликані ударами та прискореннями, були б виключені або знижені. Зниження вібрації може бути досягнуте зрівноваженням мас, зміною маси або жорсткості, зменшенням технологічних допусків при виготовленні і складанні, застосуванням матеріалів з великим внутрішнім тертям. Велике значення має підвищення точності обробки та зниження шорсткості поверхонь, що труться.

Відлагодження від режиму резонансу. Для послаблення вібрацій істотне значення має запобігання резонансним режимам роботи з метою виключення резонансу з частотою змушувальної сили. Власні частоти окремих конструктивних елементів визначаються розрахунковим методом за відомими значеннями маси та жорсткості або ж експериментальне на стендах.

Резонансні режими при роботі технологічного обладнання усуваються двома шляхами: зміною характеристик системи (маси або жорсткості) або встановленням іншого режиму роботи (відлагодження резонансного значення кутової частоти змушувальної сили).

Вібродемпферування. Цей метод зниження вібрацій реалізується шляхом перетворення енергії механічних коливань коливної системи в теплову енергію. Збільшення витрат енергії в системі здійснюється за рахунок використання в якості конструктивних матеріалів з великим внутрішнім тертям: пластмас, металогуми, сплавів марганцю та міді, нікелетитанових сплавів, нанесення на вібруючі поверхні шару пружнов'язких матеріалів, котрі мають великі втрати на внутрішнє тертя. Найбільший ефект при використанні вібродемпферних покриттів досягається в області резонансних частот, оскільки при резонансі значення впливу сил тертя на зменшення амплітуди зростає.

Найбільший ефект вібродемпферні покриття дають за умови, що протяжність вібродемпферного шару співрозмірна з довжиною хвилі згину в матеріалі конструкції. Покриття необхідно наносити в місця,, де генерується вібрація максимального рівня. Товщина вібродемпферних покриттів береться рівною 2–3 товщинам елемента конструкції, на котру воно наноситься.

Добре демпфірують коливання мастильні-матеріали. Шар мастила між двома спряженими елементами усуває можливість їх безпосереднього контакту, а відтак – появу сил поверхневого тертя котрі є причиною збудження вібрацій.

Віброгасіння. Для динамічного гасіння коливань використовуються динамічні віброгасії пружинні, маятникові, ексцентрикові, гідравлічні. Вони являють собою додаткову коливну систему з масою m та жорсткістю q, власна частота котрої І0 налаштована на основну частоту І коливань даного агрегата, що має масу М та жорсткість О, віброгасій кріпиться на вібруючому агрегаті і налаштовується таким чином, що в ньому в кожний момент часу збуджуються коливання, котрі знаходяться в протифазі з коливаннями агрегату. Недоліком динамічного гасія є те, що він діє лише при певній частоті, котра відповідає його резонансному режиму коливань.

Для зниження вібрацій застосовуються також ударні віброгасії маятникового, пружинного і плаваючого типів. В них здійснюється перехід кінетичної енергії відносного руху елементів, що контактують, в енергію деформації з поширенням напружень із зони контакту по елементах, що взаємодіють. Внаслідок цього енергія розподіляється по об'єму елементів віброгасія, котрі зазнають взаємних ударів, викликаючи їх коливання. Одночасно відбувається розсіювання енергії внаслідок дії сил зовнішнього та внутрішнього тертя. Маятникові ударні віброгасії використовуються для гасіння коливань частотою 0,4–2 Гц, пружинні – 2–10 Гц, плаваючі – понад
10 Гц.

Віброгасії камерного типу призначені для перетворення пульсуючого потоку газу в рівномірний. Такі віброгасії встановлюються на всмоктувальній та нагнітальній сторонах компресорів, на гідроприводах. Вони забезпечують значне зниження рівня вібрацій трубо- та газопроводів.

Динамічне віброгасіння досягається також встановленням агрегата на масивному фундаменті. Маса фундаменту підбирається таким чином, щоб амплітуда коливань підошви фундаменту не перевищувала 0,1–0,2 мм.

Віброізоляція полягає у зниженні передачі коливань від джерела збудження до об'єкта, що захищається, шляхом введення в коливну систему додаткового пружного зв'язку. Цей зв'язок запобігає передачі енергії від коливного агрегата до основи або від коливної основи до людини або до конструкцій, що захищаються.

Віброізоляція реалізується шляхом встановлення джерела вібрації віброізолятори. В комунікаціях повітропроводів розташовуються гнучкі вставки. Застосовуються пружні прокладки у вузлах кріплення повітропроводів, в перекриттях, несучих конструкціях будівель, в ручному механізованому інструменті.

Для віброізоляції стаціонарних машин з вертикальною змушувальною силою використовують віброізолювальні опори у вигляді прокладок або пружин. Однак можлива їх комбінація. Комбінований віброізолятор поєднує пружинний віброізолятор з пружною прокладкою. Пружинний віброізолятор пропускає високочастотні коливання, а комбінований забезпечує необхідну ширину діапазоне коливань, що гасяться. Пружні елементи можуть бути металевими, полімерними, волокнистими, пневматичними, гідравлічними, електромагнітними.

Засоби індивідуального захисту від вібрації застосовуються у випадку, коли розглянуті вище технічні засоби не дозволяють знизити рівень вібрації до норми. Для захисту рук використовуються рукавиці, вкладиші, прокладки. Для захисту ніг – спеціальне взуття, підметки, наколінники. Для захисту тіла – нагрудники, пояси, спеціальні костюми.

З метою профілактики вібраційної хвороби для працівників рекомендується спеціальний режим праці. Наприклад, при роботі з ручними інструментами загальний час роботи в контакті з вібрацією не повинен перевищувати 2/3 робочої зміни. При цьому тривалість безперервного впливу вібрації, включаючи мікропаузи, не повинна перевищувати 15–20 хв. Передбачається ще дві регламентовані перерви для активного відпочинку.

Всі, хто працює з джерелами вібрації, повинні проходити медичні огляди перед вступом на роботу і періодично, не рідше 1 Разу на рік.

7.4.3. Методи контролю параметрів вібрацій

Для вимірювання вібрацій широко використовуються електричні вібровимірювальні прилади, принцип дії котрих базується на перетворенні кінематичних параметрів коливного руху в електричні величини, котрі вимірюються та реєструються за допомогою електричних приладів.

Основні елементи цих приладів – датчики. В якості первинних вимірювальних перетворювачів використовують ємнісні, індукційні п'єзоелектричні перетворювачі, котрі сприймають коливні зміщення швидкість та прискорення.

Найчастіше використовуються п'єзоелектричні перетворювачі вібро-прискорення – акселерометри.

Вібровимірювальними приладами з датчиками можна вимірювати вібрації в багатьох точках, їх перевага – дистанційність вимірювання параметрів вібрації, проста будова, відсутність інерційності.

Кількість вимірювань параметрів вібрації повинна бути не менше трьох для кожної октавної смуги частот. Вимірювальними параметрами вібрації є пікові або середньоквадратичні значення віброзміщення, віброшвидкості або віброприскорення в октавних або 1/3-октавних смугах частот.