Нормирование и измерение звуковых колебаний и вибраций

(в настоящее время приборов для измерения звуковых колебаний и вибраций достаточно много. Есть и универсальные, например серии ОКТАВА-101, позволяющие измерять звук, вибрацию, инфра- и ультразвук одним прибором.)

Звук – это волнообразное распространение механических колебательных движений частиц упругой среды.

Звуковое давление – это переменная составляющая давления воздуха или газа, возникающая в результате звуковых колебаний, Па.

Громкость звука зависит от интенсивности звука, т.е. определяется амплитудой колебаний в звуковой волне. Наибольшей чувствительностью слуховой анализатор человека обладает к звукам с частотами от 700 до 6000 Гц.

Звуковая мощность определяется отношением звуковой энергии ко времени

P = W/t = [1 Дж/с =1 Вт].

Интенсивность звука определяется отношением звуковой мощности к площади поперечного сечения

R = P/S = [Вт/м2].

Производственным шумом называют хаотическое сочетание различных по частоте и силе звуков, вызывающих неприятные ощущения и оказывающих вредное или раздражающее воздействие.

В соответствии с “ГОСТ 12.1.003-83* ССБТ. Шум. Общие требования безопасности” производственные шумы по происхождению подразделяются на:

· механические шумы, возникающие при вибрации;

· аэродинамические (горение в форсунках, большая скорость струи воздуха и др.);

· турбогидравлические;

· структурные (колебание поверхностей, стен и т.п.).

Шумы подразделяются на постоянные (изменения интенсивности до 5 дБ) и не постоянные (интенсивность звукового давления меняется в диапазоне более 5 дБ).

Нормируется шум по предельному спектру и в зависимости от характера помещений и выполняемых там работ. В ГОСТ 12.1.003-83 приведены допустимые уровни звукового давления в децибелах соответственно для каждой из восьми среднегеометрических частот октавных полос (63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц). Это так называемая спектральная характеристика шума. Наряду с этим способом нормирования, для ориентировочной оценки, допускается за характеристику постоянного шума на рабочем месте принимать уровень звука в дБА, измеряемой и оцениваемой по шкале “А” измерительного прибора (шумомера).

Основные нормированные параметры для широкополосного шума приведены в таблице 7.

Таблица 7

Допустимые уровни звукового давления в октавных полосах и эквивалентные уровни звука на рабочих местах

В соответствии с санитарными нормами “СН 2.2.4/2.1.8.562 – 96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданиях и на территории жилой застройки”:

1) Допустимый уровень шума – это уровень, который не вызывает у человека значительного беспокойства и существенных изменений показателей функционального состояния систем и анализаторов, чувствительных к шуму;

2) Предельно допустимый уровень шума – это уровень шума, который при ежедневной (кроме выходных дней) работе, но не более 40 часов в неделю в течение всего рабочего стажа, не должен вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования в процессе работы или в отдалённые сроки жизни настоящего и последующих поколений;

3) Нормирование звукового давления (интенсивности) выполняется на разных частотах с учётом характера выполняемой работы – прежде всего напряжённости труда (табл. 8).

Таблица 8

Допустимые уровни звукового давления для некоторых видов работ

По интенсивности звукового давления, шумы приближенно можно оценить по таблице 9.

Таблица 9

Субъективная оценка звукового давления (шума)

Под влиянием производственного шума возникают заболевания: снижение чувствительности слуха, аритмия сердца, повышение кровяного давления, неврозы, нарушение деятельности желудочно-кишечного тракта. Через нервную систему шум вызывает заболевания сердца, а в некоторых случаях приводит к хроническим заболеваниям коры головного мозга, почек, к появлению гипертонической болезни. В общем случае у работающего в условиях высокого шума развивается так называемая “шумовая болезнь”, проявляющаяся в общем заболевании всего организма.

При уровне шума 65 дБ и выше, увеличивается давление крови, появляется быстрая утомляемость.

Уровень шума 90 дБ и выше, приводит к нарушению слуха, ухудшению деятельности желудочно-кишечного тракта, нарушению нервной деятельности.

Шум более 120 дБ вызывает механические колебания тканей и разрушение нервных клеток.

Проявление вредного влияния шума может проявиться через длительное время.

Вибрация представляет собой механические колебания тел. Вибрации присуща низкая частота колебаний до 20 Гц, а свыше 29 Гц является суммарным влиянием вибрации с шумом.

Вредное действие вибрации, прежде всего, вызывает снижение коэффициента полезного действия (КПД) машин и преждевременный износ деталей, что может привести к поломкам, авариям и катастрофам.

Человек ощущает вибрацию при контакте с колеблющимися предметами: инструментами, оборудованием и др. При длительном действии вибрации на организм человека возникают заболевания двух типов: общие и местные (локальные). Общие заболевания могут проявиться через 4-12 месяцев в тех случаях, если работа сопровождается постоянной вибрацией рабочих мест. При этом возникают головные боли, зрительные расстройства, повышение температуры, расстройства со стороны желудка и сердечно-сосудистой системы.

Локальные формы заболеваний возникают при действии вибрации на отдельные участки тела (руки, ноги и др.). При этом происходят изменения нервной и костно-сосудистой систем, повышается артериальное давление, снижается мышечная сила и уменьшается вес человека, появляются спазмы сосудов.

В общем случае воздействие вибрации на человеке сопровождается неприятными ощущениями в виде “онемения”, слабости в кисти руки, судорогами. Локальные вибрации вызывает спазмы сосудов фаланг пальцев, сосудов сердца. Кроме того, вибрация сопровождается потерей чувствительности кожи, “окостенениями” сухожилий мышц, отложениями солей в суставах. Эти воздействия особенно усиливаются в холодный период года.

Систематическое воздействие вибрации приводит к вибрационной болезни - общему заболеванию всего организма, при котором нарушается деятельность различных органов и функциональных систем. Эти нарушения проявляются в виде: головокружения, повышенной раздражительности, нарушение сна, болей в области сердца.

При колебаниях с частотой ниже 20 Гц и относительно больших амплитудах вибрации происходит расстройство вестибулярного аппарата человека, появляются симптомы “морской болезни”. При колебаниях рабочих мест с частотами близкими к собственным частотам внутренних органов (6-9 Гц) могут происходить их механические повреждения или даже разрыв.

Классификация и нормирование вибрации выполняется в соответствии с санитарными нормами “СН 2.2.4/2.1.8.566-96. Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий”.

Вибрация измеряется виброметрами в соответствии с “ГОСТ 12.4.012-83 ССБТ. Вибрация. Средства измерения и контроля вибрации на рабочих местах. Технические требования”.

Ультразвук, как и шум, - это механические колебания упругой среды, но в отличие от звуковых волн, ультразвуковые волны имеют большие амплитуды, что обусловило его широкое применение в технике. Ультразвук, также как и шум, нормируется по допустимым уровням звукового давления на рабочих местах в зависимости от среднегеометрической частоты (ГОСТ 12.1.001-89 ССБТ. Ультразвук. Общие требования безопасности).

Инфразвук возникает на частотах менее 20 Гц и вызывает утомление, головокружение, головную боль, болезнь типа морской (вестибулярные нарушения). Воздействие инфразвука приводит к снижению остроты слуха и зрения, в некоторых случаях появляется чувство страха и т.п., возможны обмороки и параличи. Низкочастотные колебания с уровнем инфразвукового давления свыше 150 дБ могут вызвать смертельный исход. Особенно опасны инфразвуковые колебания с частотой от 2 до 15 Гц в связи с возникновением резонансных явлений в организме человека, причём наиболее опасна частота 7 Гц, так как возможно его совпадение с альфа-ритмом биотоков мозга.

Источниками инфразвука являются механизмы (компрессоры, дизельные двигатели), транспорт (электровозы), медленно работающие машины и др. В воздухе инфразвук мало поглощается и поэтому способен распространяться на большие расстояния. Многие явления природы (землетрясения, морские бури) сопровождаются излучением инфразвуковых колебаний.

Классификация и нормирование инфразвука выполняется в соответствии с санитарными нормами “СН 2.2.4/2.1.8.583-96. Инфразвук на рабочих местах, в жилых и общественных помещениях и на территории жилой застройки”.

Защита от звуковых колебаний и вибраций

В борьбе с производственным шумом применяют следующие методы:

Технологические и конструктивные;

Нормирование;

Санитарно-технические;

Лечебно-профилактические.

Защита работающих от шума может осуществляться как коллективными средствами и методами (ГОСТ 12.1.029-80 ССБТ. Средства и методы защиты от шума. Классификация), так и индивидуальными средствами (ГОСТ 12.4.051-87 ССБТ. Средства индивидуальной защиты органов слуха. Общие технические условия и методы испытаний).

Коллективные средства защиты в свою очередь подразделяются на средства, снижающие шум в источнике его возникновения, и средства, снижающие шум на пути его распространения от источника до защищаемого объекта.

Снижение шума в источнике достигается путём его конструктивных изменений. Это обеспечивается изменением движения деталей, улучшением смазки и класса чистоты трущихся поверхностей, заменой материалов и т.д.

Снижение шума на пути его распространения достигается проведением строительно-акустических мероприятий. Методы снижения шума на пути его распространения реализуются применением: кожухов, экранов, кабин наблюдения (при дистанционном управлении), звукоизолирующих перегородок между помещениями, звукопоглощающих облицовок, глушителей шума и др.

Из средств индивидуальной защиты, позволяющих снизить уровень воспринимаемого звука на 10-45 дБ, можно назвать противошумовые: вкладыши, наушники (антифоны), шлемы и каски (при уровнях 120 дБ и выше), специальные костюмы.

В условиях повышенного шума, при отсутствии специальных средств индивидуальной защиты, используйте подручные средства, так, например, обычная вата снижает шум на 6 дБ, вата с жиром – до 18 дБ, воск - до 24 дБ.

В соответствии с “ГОСТ 12.1.012-90 ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования” защита от вибрации включает в себя технические и медико-профилактические мероприятия.

К техническим мерам защиты относятся:

· снижение вибрации в источнике её возникновения путём более точной балансировкой вращающихся частей и изменением резонансной частоты системы;

· виброгашение, путем установления механизмов на самостоятельные фундаменты и применение динамических виброгасителей, увеличением массы (инерции) фундаментов или их жёсткости;

· виброизоляция, препятствующая передаче вибрации от источника (механизма) к защищаемому объекту, и осуществляемая с помощью виброизоляторов (дерево, резина, войлок, пружины, рессоры);

· вибропоглощение (вибродемпфирование) путём покрытия вибрирующих деталей виброизолирующим материалом.

Широкое распространение получили вибродемпфирующие покрытия, которые подразделяются на жёсткие и мягкие. Первые эффективны в области низких частот, вторые – области высоких.

Наиболее эффективны покрытия из вязко-упругих материалов, к которым относятся твёрдая пластмасса, рубероид, битуминизированный войлок со слоем фольги и др. В качестве жёстких применяются металлические покрытия на основе алюминия, меди, свинца, олова и др. Мягкими вибродемпфирующими покрытиями являются мягкие пластмассы, резины, пенопласт и др.

В борьбе с вибрацией при работе с ручным инструментом важное значение имеет также удобство рабочей позы. Необходимы организации режима труда и отдыха, гимнастические упражнения (1-2 раза в смену), полезны тепловые ванны, массаж конечностей, ультрафиолетовое облучение, проведение медицинских осмотров.

Рекомендуется, чтобы общее время контакта с вибрирующими машинами, вибрация которых соответствует допустимым уровням, не превышала 2/3 длительности рабочей смены, а непрерывная продолжительность воздействия вибрации, включая микропаузы, не более 20 минут.

Средства индивидуальной виброзащиты подразделяются на средства защиты для рук, ног и тела оператора. В качестве средств защиты для рук применяются рукавицы и перчатки, вкладыши и прокладки. Виброзащитная спецобувь изготовляется в виде сапог, полусапог, полуботинок. Защита от вибрации обеспечивается специальной конструкцией низа обуви из упруго-демпфирующего материала. Средства защиты для тела оператора по форме исполнения подразделяется на нагрудники, пояса, специальные костюмы из упруго-демпфирующих материалов.

Защита от ультразвука включает в себя использование более высоких частот (допустимые уровни выше), изолирующих корпусов и экранов, изоляцию излучающих установок, дистанционное управление и средства индивидуальной защиты.

При проектировании и эксплуатации ультразвуковых установок следует руководствоваться санитарными правилами и нормами, отражёнными в “СанПиН 2.2.4/2.1.8.582-96. Гигиенические требования при работах с источниками воздушного и контактного ультразвука промышленного, медицинского и бытового назначения”.

Для борьбы с инфразвуком более эффективны меры позволяющие снизить уровень инфразвука в источнике его возникновения. Для этого нужно устранять источники низкочастотной вибрации, повышать быстроходность машин, увеличивать жёсткость конструкций больших размеров, устанавливать глушители и т.п.

В соответствии с санитарными нормами уровни инфразвукового давления на среднегеометрических частотах 2, 4, 8 и 16 Гц не должны превышать 105 дБ, а в полосе с частотой 32 Гц - 102 дБ.