Промышленный шум и вибрационные колебания

Шумом называется всякий нежелательный для человека звук, мешающий восприятию полезных сигналов. Шум состоит из многих звуков различной частоты (тонов) и бывает:

механического происхождения, возникающий вследствие вибрации поверхностей машин, оборудования, деталей и конструкций;

аэродинамического происхождения, возникающий при движении потоков воздуха или газа;

электромагнитного происхождения, возникающий вследствие колебаний электромеханических устройств под влиянием переменных магнитных сил;

гидромеханического происхождения, возникающий вследствие процессов в жидкостях.

С физической стороны шум характеризуется звуковым давлением, интенсивностью звука и частотой.

В акустике измеряют не абсолютные значения интенсивности или звукового давления, а их логарифмические уровни L, взятые по отношению к пороговому значению интенсивности звука I₀ или пороговому звуковому давлению Р₀ в Беллах.

Белл – логарифмическая единица отношения двух величин (десятичный lg отношения 2-х одноименных физических величин). Названа в честь изобретателя телефона А.Г.Белла (1847-1922). В 1876 г. патент в США на I телефон.

Установлено, что органы слуха человека способны различать прирост звука на 0,1Б, т.е. на 1дБ, поэтому на практике при измерении звуков применяется единица – децибел.

Увеличение уровня интенсивности или звукового давления по сравнению с порогом слышимости в 10 раз соответствует – 1Б, в 100раз – 2Б и т.д.

L= 10lg(I/I₀),

где, I – интенсивность звука в данной среде (Вт/м²);

I₀ – интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости

10^-12Вт/м², на частоте 1000Гц (1кГц).

1Вт=10⁷эрг/сек=0,102кгс´м/сек=1,36´10^-3(0,00136)

1кВт=10³Вт;

1мВт=10⁶Вт.

Но так как интенсивность звука пропорциональна квадрату звукового давления, уровень интенсивности звука можно определить исходя из величины звукового давления:

L= 10lg (I/I_О)=10lg (Р²/Р_О²)=20lg(Р/Р_О),

где Р_О – пороговое звуковое давление 2´10^-5Па; 2´10^-11кгс/см²;

Р – звуковое давление в данной точке, Па.

Давление

1атм=101325Па=101,325кПа=760мм.рт.ст=1,032кгс/см²=0,1мПа;

1кгс/ см²=9,81´10⁴Па;

1Па=1,02´10^-5кгс/ см²=9,87´10^-5атм.

Чтобы лучше понять, что представляет собой уровень звукового давления, сравним некоторые звуки и шумы.

Акустический расчет: допустим, имеется n источников одинакового шума, а уровень интенсивности звука одного источника L₁. Тогда суммарный уровень шума: L=L_i+10lgn.

При двух различных источников шума суммарный уровень шума:

L=L₁+DL;

где - L₁ –наибольший из двух суммарных уровней шума, дБ;

DL=( L₁- L₂) –добавка в функции разности уровня шума источников, дБ и определяется как L₁- L₂=х®DL.

При большем, чем два числа источников шума уровни интенсивности суммируются последовательно от наибольшего к наименьшему.

Уменьшение интенсивности звука при распространении звуковой сферической волны в открытом пространстве приближенно пропорционально квадрату расстояния от источников звука.

L₂=L_i-20lgr₂/ r₁;

где r₁ и r₂ – расстояние от источников звука;

L_i - интенсивность звука на расстоянии r₁;

L₂ - интенсивность звука на расстоянии r₂.

Допустимые уровни звукового давления на постоянных рабочих местах обслуживающего персонала принимают в соответствии с ГОСТ 12.1.000-383 ССБТ. Шум. «Общие требования безопасности».

По шкале «А» шумомера постоянный шум не должен превышать 65дБ.

Порог болевого ощущения находится в пределах L=120-130дБ.

Звуки, превышающие по своему уровню этот порог, могут вызвать боль и повреждения органов слуха. При уровне шума 150дБ даже при кратковременном воздействии наступает постоянная потеря слуха.

Смертельный уровень – 180дБ.

Однако и абсолютная тишина неприятна для человека. Для нормального существования человеку нужен некоторый шум. По мнению врачей психологов – это шум присутствия живого, дыхания и т.д. и составляет 10-15дБ.

ПД уровни шума по (эквивалентной) шкале А.

Октавные полосы частот lg(f₁/f₂)=1

Средн. геометрич.

Вибрация

По физической природе вибрация, так же как и шум, представля­ет собой колебательное движение материальных тел.

Вибрация - механические колебания упругих тел, проявляющиеся в перемещении центра их тяжести или оси симметрии в пространстве, а также в периодическом изменении ими формы, которую они имели в статическом состоянии.

Направление действия вибрация определяется ортогональной системы координат Х,У,Z.

Основными параметрами, характеризующими вибрацию, является частота колебаний, скорость колебаний и амплитуда смещения.

Скорость колебаний находится в прямой зависимости от частоты колебаний и амплитуды смещения:

где U – скорость колебания, см/сек;

f - частота колебаний, Гц;

А - амплитуда смещений, см;

- круговая частота (число полных колебаний за время , с).

По аналогии с шумом важной характеристикой вибрации является ее уровень, измеряемый в логарифмических единицах, дБ.

Логарифмические уравнения виброскорости:

L=2lgU/U_О;

L=2lg(U/5´10^-8)

где: U – среднеквадратичная скорость, м/сек;

(5´10^-8) – опорная виброскорость, м/сек;

Общая и локальная вибрации нормируются в октавных полосах частот.

Октава – единица частотного интервала, равна интервалу между двумя частотами (f₁ и f₂) логарифмы отношений которых lg(f₁ / f₂)=1, что соответствует (f₁ / f₂)=2.

Звукоряд (музыкальный) насчитывает 7 полных и 2 неполных октавы.

Для измерения вибрации применяются виброметры и вибрографы ВИП-4, ИШВ-1, где чувствительные элементы пьезоэлектрического датчика преобразует механическую энергию в электрический сигнал.

Допустимые нормы вибрации составляют значения, приведенные в таблице: