Физические характеристики шума.

Шумом принято называть всякий нежелательный для человека звук, мешающий восприятию полезных сигна­лов.Шум представляет собой беспорядочное сочетание звуков различной интенсивности и частоты. Шум бывает:

· механического происхождения, возникающий вследствие вибрации поверхностей машин и оборудования, а также одиночных или периодических ударов в сочленениях де­талей и конструкций;

· аэродинамического происхождения (при истечении сжатого воздуха или газа);

· гидромеха­нического происхождения (при истечении жидкостей);

· воздушный, распространяющийся в воздушной среде;

· электромагнитного происхождения, возникающий вслед­ствие колебаний элементов электромеханических устройств под влиянием переменных магнитных сил.

Так, например, тишина в квартире, по мнению медиков, это 40 дБ днем и 30 дБ ночью (для сравнения: 25 дБ дает шелест листвы при умеренном ветре, 30 дБ — тиканье часов на расстоянии 1 м, 75—80 дБ - шум на улице небольшого города).

С физической стороны шум характеризуется уровнем звуко­вого давления, интенсивностью звука, частотой и дру­гими параметрами. Пространство, в котором распростра­няются звуковые волны, называется звуковым полем.

Частота звука характеризуется числом колебаний звуковой волны в единицу времени (секунду) и измеряется в герцах (Гц).1 Гц = 1 с⁻¹.

1 Гц означает одно исполнение (реализацию) такого процесса за одну секунду, другими словами — одно колебание в секунду, 10 Гц — десять исполнений такого процесса, или десять колебаний за одну секунду.

Звуково́е давле́ние — переменное избыточное давление, возникающее в упругой среде при прохождении через неё звуковой волны. Единица измерения — паскаль (Па).

Ухо человека воспри­нимает звуки с частотой от 16 до 20000 Гц (акустические звуки). Неслышимые человеком колебания с частотой менее 16 Гц называются инфразвуковыми, а колебания с час­тотой выше 20 кГц —ультразвуковыми.

В акустике измеряют не абсолютные значения интен­сивности звука или звукового давления, а их логарифми­ческие уровниL, взятые по отношению к пороговому значению интенсивности звука или пороговому звуковому давлению. Данный показатель называется уровнем интенсивности. Одному белу соответствует увеличению ин­тенсивности звука на пороге слышимости в 10 раз (при I/I₀= 10L == 1Б; приI/I₀ = 100L==2 Б и т.д.). Установлено, что орган слуха человека способен различать прирост звука на 0,1 Б (бел), то есть на 1 дБ (децибел), и поэтому уровень интенсивности звука измеряют в децибелахL, дБ:

L = 10 lg (I/I₀)

гдеI — интенсивность звука в данной точке, Вт/м²; I₀ — интенсивностьзвука, соответствующая порогу слышимо­сти на частоте 1000Гц (I₀ = 10^-12 Вт/м²).

При расчетах и нормировании используется показатель — уровень звукового давления.

[дБ]

Р - звуковое давление в точке измерения (Па); Р₀ - пороговое значение 2×10^-5 (Па).

Уровень звукового давления (англ. SPL, SoundPressureLevel) — измеренное по относительной шкале значение звукового давления, отнесённое к опорному давлению = 20 мкПа, соответствующему порогу слышимостисинусоидальной звуковой волны частотой 1 кГц:

дБ.

2. Физиологическое действие шума на человека.Слуховой аппарат человека обладает неодинаковой чувствительностью к звукам различной частоты, а именно - наибольшей чувствительностью на средних и высоких частотах (800-4000 Гц) и наименьшей - на низких (20-100 Гц).

По времени действия шумы подразделяются на:

· постоянные (уровень за 8 час.раб. день изменяется не более 5 дБ).

· непостоянные (уровень меняется за 8 час.раб. дня не менее 5 дБ). Непостоянные делятся: колеблющиеся во времени - постоянно изменяются по времени; прерывистые - резко прерываются с интервалом 1 с. и более; импульсные - сигналы с длительностью менее 1 с.

Всякое возрастание шума над порогом слышимости увеличивает мускульное напряжение, а значит, повышает расход мышечной энергии.

Под влиянием шума притупляется острота зрения, изменяются ритмы дыхания и сердечной деятельности, наступает понижение трудоспособности, ослабленность внимания. Кроме того, шум вызывает повышенные раздражимость и нервозность.

Тональный (преобладает определенный шумовой тон) и импульсный (прерывистый) шумы более вредны для здоровья человека, чем широкополосный шум. Длительность воздействия шума приводит к глухоте, особенно с превышением уровня 85-90 дБ и в первую очередь снижается чувствительность на высоких частотах.

Акустическим рабочим местом называется область звукового поля, в которой находится рабочий. В боль­шинстве случаев рабочим местом считается зона звуко­вого поля на расстоянии 0,5 м от машины со стороны рабочих органов пульта управления и на высоте 1,5м от пола.

3. Нормирование шума. Нормирование уровней шума в производственных условиях осуществляется по ГОСТ 12.1.003-83 (шум, общие требования безопасности). Он устанавливает допустимые уровни дБ звукового давления на рабочих местах в определенных (октавных) полосах частот со среднегеометрическими частотами 63,125,250,500,1000,2000,4000,8000 Гц. Например, рабочие места в производственных помещениях соответственно: 99,92,86,83,78,76,74 дБ или 85 дБА.

3. Меры борьбы с шумом.Для уменьшения уровней шума применяются технические, строительно-акустические и организационные мероприятия, а также средства индивидуальной защиты.

К этим мерам относятся:

1.Подавление шума в источниках

· замена ударных взаимодействий деталей безударными;

· замена возвратно-поступательных движений вращательными;

· создание форм деталей, плавно обтекаемых воздухом;

· замена подшипников качения подшипниками скольжения;

· замена штамповки прессованием;

· клепку - сваркой;

· обрубку - резкой;

· заменять прямозубые шестерни на косозубые, шевронные;

· повышать класс точности обработки деталей, шестерен;

· заменять зубчатые и цепные передачи клиноременными или зубчато-ременными;

· применять принудительное смазывание трущихся поверхностей;

· применение "малошумящих" материалов (капроновые, текстолитовые - менее шумные);

· статическая и динамическая балансировка деталей;

· применение глушителей шума, звукоизолирующих кожухов.

2.Предупреждение распространения шума - звукоизоляция и звукопоглощение.

При звукоизоляции уменьшается уровень шума за счет колебания преграды. Для звукоизоляции применяются плотные, жесткие, массивные перегородки. Большее ослабление достигается при слоистых перегородках, с воздушными промежутками между слоями.

При звукопоглощении звук ослабляется за счет поглощения звуковой энергии в порах материала перегородки (войлок, вата, пемза). Наряду с пористыми материалами, ультратонкими стекловолокнами, капроновыми волокнами, минеральной ватой, древесноволокнистыми и минераловатными плитами, пористым поливинилхлоридом, для звукопоглощения применяются специальные мастики, которыми покрываются перегородки и отдельные части машин.

3.Строительные и организационные меры:

· увеличение расстояния от источника шума - концентрация цехов с большим уровнем шума и удаление их от других производственных помещений.

Так как интенсивность шума в помещениях зависит не только от прямого, но и от отраженного звука, который может быть уменьшен за счет увеличения площади звукопоглощения помещения, т.е. необходимо применять:

· покрытие внутренних поверхностей помещения звукопоглощающими облицовками;

· размещение в помещениях штучных звукопоглотителей (объемные тела, заполненные звукопоглощающим материалом и подвешенные к потолку);

· закрытие машин звукоизоляционными кожухами;

· устройство экранов (с покрытием их звукоизолирующими материалами) между машиной и рабочим местом;

· устройство звукоизолированных машин;

· рациональный режим труда и отдыха;

· сокращение времени нахождения в шумовых условиях;

· контроль уровней шума на рабочих местах.

4. Средства защиты от шума.В случае невозможности снижения шума до нормативного вышеуказанными методами применяются средства индивидуальной защиты - противошумы. Это:

- наушники, закрывающие ушную раковину;

- вкладыши, перекрывающие наружный слуховой канал (пробка);

- шлемы, закрывающие часть головы и ушную раковину.

Вибрация

1. Характеристика вибрации. В промышленности ина транспорте широкое приме­нение получили машины и оборудование, создающие виб­рацию, воздействующую неблагоприятно на человека. Это все транспортные средства, ручные маши­ны (электрические и пневматические, особенно с воз­вратно-ударной отдачей), машины в строительстве и на заводах стройиндустрии (виброплощадки, бункера с элек­тровибраторами, бетоноукладчики, бетоносмесители, до­заторы и др.). Для современного машиностроения ха­рактерно увеличениескорости рабочих органов и агре­гатов различного рода оборудования, станков и ручных машин. Уравновешиваниепри этом вращающихся и по­ступательных масс становится затруднительным. В ре­зультате возникает вибрация. Вредные последствия вибрации возрастают с увеличе­нием быстроходности машин и механизмов.

С физической точки зрения между шумом и вибрацией принципиальной разницы нет. Разница имеет место лишь в восприятии: вибрация воспринимается вестибулярным аппаратом и органами осязания, в шум — органом слуха.

Вибрация представляет собой процесс распространения механических колебаний в твердом теле. Колебания механических тел с частотой ниже 20 Гц воспринима­ются организмом как вибрация, а колебания с частотой выше 20 Гцодновременно и как вибрация, и как звук. Следовательно, вибрация — это механические колебания материальных точек или тел. В производственных условиях наблюдаются вибрации с частотой 35—250Гц (ручной инструмент). Источниками вибраций являются различные технологические процессы, механизмы, машины и их рабочие органы. Колебания, распространяясь по элементам конструкций, ускоряютих разрушение, а также оказывают вредное воздействие на работающего.

Физически вибрации характеризуются частотой колебаний f, Гц, амплитудой смещения А, мм, колебательной скоростью v, м/с, колебательным ускорением w, м/с³.

Основная – частота гармонического колебательного движения f,Гц

,

где п — число оборотов в минуту.

По способу передачи на человека вибрация подразделяется на:

- общую, передающуюся на тело человека через опорные поверхности;

- локальную, передающуюся через руки человека.

Возможно комбинированное действие общей и местной вибрации. Вибрации производственных агрегатов вызывают колебания воздуха, передаются кон­струкциям зданий и фундаменту, а через него — почве, в результате чего колебания могут возникать на рабочих местах даже в далеко отстоящих сооружениях.

2. Действие вибрации на организм человека

Весь организм резонирует при действии колебаний с частотой 8 Гц, колебания с частотой от 17 до 25 Гц резонансны для головы человека (для внутренних органов собственные частоты находятся в диапазоне 6—9 Гц). Колебания рабочих мест с указанными частотами весьма опасны, так как могут вызвать механические повреждения и даже разрыв органов.

Систематическое воздействие общих вибраций при высоком уровне виброскорости может быть причиной виб­рационной болезни (неврита) — стойких нарушений фи­зиологических функций организма (впервую очередь центральной нервной системы). Эти нарушения прояв­ляются в виде нарушения сердечной деятельности, в виде головокружения и головных болей, плохогосна и самочув­ствия, пониженной работоспособности.

3. Меры защиты от вибрации.

Ослабления вибраций достигают следующими конст­руктивными и технологическими мерами:

· уравновешиванием, балансировкой вращающихся частей для обеспечения плавности работы машины;

· устранением дефектов и разболтанности отдельных частей;

· использованием динамических гасителей вибраций;

· совершенствование конструкций машин и технологи­ческих процессов;

· отстройка от режима резонанса (изменением массы или жесткости системы и т. п.);

· вибропоглощение— исполь­зование конструкционных материалов с большим внутренним трением; нанесение на вибрирующие поверхности слоя упруговязких материалов, обладающих большими потерями на внутреннее трение (пластмассы, дерево, резина). Эффективно применение покрытий из слоя вязкоупругого материала — пластмассы, рубероида, битума, резины;

· виброизоляция при помощи устройства амортизато­ров, то есть введение в колебательную систему дополнительной упругой связи.

При работе с ручным инструментом (электрическим, пневматическим) применяют средства индивидуальной защиты рук от воздействия вибраций (рукавицы, пер­чатки). Учитывая неблагоприятное воздействие холода на развитие виброболезни, при работе в зимнее время ра­бочих надо обеспечивать теплыми рукавицами. Приме­няют также антивибрационные пояса, подушки, про­кладки, виброгасящие коврики, виброгасящую обувь.

В целях профилактики виброболезни для работа­ющих с вибрирующим оборудованием рекомендуется специальный режим труда. Так, суммарное время в кон­такте с вибрацией не должно превышать 2/3 рабочей сме­ны. Рекомендуется устанавли­вать обеденный перерыв не менее 40 мин и два регламен­тированных перерыва (20 мин через 1—2 ч после начала смены и 30 мин через 2ч после обеденного перерыва). Рабочие, у ко­торых обнаружена виброболезнь, временно, до решения ВТЭК, должны быть переведены на работу, не связанную с вибрацией, значительным мышечным напряжением и охлаждением рук.

При проектировании технологического процесса и помещений предусматриваются меры снижающие вибрацию на путях ее распространения. Методы виброзащиты по организационному признаку подразделяются на: методы коллективной и индивидуальной защиты.

Средства виброзащиты делятся на:

- средства виброизоляции - демпфирование, упругие прокладки, введение инерционного элемента;

- средства динамического вибропогашения - ударные виброгасители (пружинные, маятниковые); динамические виброгасители (пружинные, маятниковые, эксцентриковые, гидравлические).

Средства индивидуальной защиты подразделяются на средства:

- для рук оператора (рукавицы, перчатки, вкладыши и прокладки)

- для ног оператора (специальную обувь, подметки, наколенники).

Лекция № 10