Защита от производственного шума и вибрации
Гигиенические нормы шума, инфра- и ультразвука. Шум повышает утомляемость, снижает трудоспособность, внимание к опасностям и может быть причиной постепенного развития глухоты и нервных расстройств, влияющих на деятельность сердечно-сосудистой системы, органов пищеварения.
Как известно, при колебаниях какого-либо тела в примыкающих к нему слоях воздуха с одной стороны образуется избыточное давление по сравнению с атмосферным, а с другой — разрежение. Эти колебания воздуха передаются его соседним слоям в виде звуковых волн.
Звуковое давление — это отклонение под действием звуковых полн результирующего давления воздуха от атмосферного. Оно измеряется в паскалях (1 Па = 1 Н/м2). Ухо человека способно воспринимать звуковое давление в определенных пределах. Нижний предел — это порог слышимости, а верхний — порог болевого ощущения, выше которого ощущается боль в ушах, начинаются головокружение, кровотечение из ушей.
Человек слышит звуковые колебания при частотах 20 Гц... 20 кГц. Ниже этого диапазона — инфразвуки, выше — ультразвуки, которые не слышны, но могут вредно воздействовать на организм человека.
Инфразвук, как и шум звукового диапазона, неблагоприятно поздействует не только на орган слуха (понижая его чувствительность на всех частотах), но и на весь организм в целом, вызывая утомление, головную боль и головокружение, чувство страха, нарушения кровообращения и вестибулярного аппарата, снижение остроты зрения. Особенно неблагоприятно действуют инфразвуки на частотах 2... 10 Гц, которые совпадают с резонансной частотой колебаний внутренних органов и α-ритмов биотоков мозга.
Воздействие ультразвука особенно опасно при передаче через твердые или жидкие тела (как вибрация) и при достаточной интенсивности может поражать периферическую систему, неблагоприятно действовать на центральную нервную систему, слуховой и вестибулярный аппараты.
Чувствительность уха к слышимым звукам разных частот различна, и при равной интенсивности они воспринимаются как звуки различной громкости. Кроме того, шум более высоких частот вреднее. Поэтому допустимое звуковое давление нормируют по полосам частот стандартной ширины, у которых отношение верхних и нижних пределов равно двум. Такая полоса называется октавой.
Отношение квадратов наибольших и наименьших звуковых давлений, воспринимаемых ухом как звук (а не боль), например при частоте 1000 Гц, составляет 1013. При изменении звукового давления ухо воспринимает не абсолютные изменения, а относительный прирост с тем или иным знаком. Поэтому при измерении звуков или шумов используют не само звуковое давление Р, а десятичный логарифм отношения Р/Ро для нижнего порогового шачения (для едва слышного звука):
Принята стандартная пороговая величина Ро для 1000 Гц: 2•10-5 Па. Логарифмическая величина Lб называется уровнем звукового давления шума со звуковым среднеквадратичным давлением Р. Единицей уровня служит бел. При увеличении Р по сравнению с Ро в 10 раз уровень увеличивается с 0 до 2 Б, а при увеличении в 100 раз — до 4 Б.
Ухо человека способно различать изменение уровня звуковог давления 0,1 Б, т.е. 1 дБ. Чтобы пользоваться единицами измере ния уровня в 10 раз меньшими, чем бел, в формулу логарифм вводят коэффициент 10, а индекс «б» в обозначении уровня опускают:
Для болевого порога слышимости Р2 = 1013Pо, поэтому весь диапазон уровней звуковых давлений слышимых звуков укладывается в 13 Б = 130 дБ.
Шум редко бывает однотонным. Обычно при разложении шум на частотные составляющие он дает сплошной спектр, т.е. без провалов до нуля в каком-либо месте звукового диапазона и без резких увеличений силы звука (широкополосный шум). Если же шум в какой-либо одной третьоктавной полосе имеет уровень, в 10 дБ и более превышающий уровень в соседних полосах, он называется тональным. Такой шум, а также импульсный (прерывистый, например как у отбойного молотка) вреднее для здоровья человека, чем широкополосный шум со сплошным спектром.
В табл. 5 приведены предельно допустимые уровни звукового давления в октавных полосах для шума со сплошным спектром действующего на человека более 4 ч в смену, а также суммарные уровни звука, для всех октавных полос и измеряемые по шкале шумомера.
Рис. 29. Устройство противошумных наушников:
1 — корпус; 2 — стекловата; 3 — прокладки из поливинилхлоридной пленки, заполненные вазелином; 4 — сменные чехлы из пленки и фланели; 5 — оголовье
Для тонального и импульсного шума допускается на 5 дБ меньше. При измерении непостоянного шума на рабочем месте он не должен превышать 110 дБ с учетом характеристик шумомера «Медленно», а импульсный непостоянный шум — 125 дБ с использованием характеристик «Импульс» («Быстро»). Например уровень звукового давления при работе судовых дизельных двигателей которые применяют на сельских электростанциях, составляет 120 дБ (для дизеля 12ЧН 18/20), а со стороны всасывания воздуха — 128 дБ. По этому необходимы специальные меры по борьбе с шумом. В соответствии с ГОСТ 12.1.003 — 86 зоны с уровнем звука выше 85 дБ необходимо обозначить знаками опасности, а работающие люди в этих зонах должны иметь средства индивидуальной защиты (рис. 29).
Таблица 5
| Назначение помещения или рабочего места | Среднегеометрические частоты, Гц | Уровень звука, дБ | ||||||||
| 31,5 | 63 | 125 | 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 | 8000 | ||
| Помещение для умственной работы без источника шума (конструкторское бюро) | 86 | 71 | 61 | 54 | 49 | 45 | 42 | 40 | 38 | 50 |
| Помещение управления | 93 | 79 | 70 | 63 | 58 | 55 | 52 | 50 | 49 | 60 |
| Помещение со связью по телефону, участок точной сборки, машинописное бюро | 96 | 83 | 74 | 68 | 63 | 60 | 57 | 55 | 54 | 65 |
| Помещение для шумных счетных машин, кабины наблюдения и дистанционного управления | 103 | 91 | 83 | 77 | 73 | 70 | 68 | 66 | 64 | 75 |
| Рабочее место в цехе и на территории производственного предприятия, на тракторе, на грузовом автомобиле | 107 | 95 | 87 | 82 | 78 | 75 | 73 | 71 | 69 | 80 |
Максимально допустимые уровни инфразвукового давления: 105 дБ в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 2; 4; 8 и 16 Гц; 102 дБ в полосе 32 Гц. Инфразвук генерируется при работе двигателей внутреннего сгорания (ДВС), компрессоров, крупных вентиляторов.
Ниже приведены среднегеометрическая частота третьоктавных полос и уровни звукового давления.
| Среднегеометрическая частота полос, Гц | Уровни звукового давления, дБ |
| 12,5 | 80 |
| 16,0 | 90 |
| 20,0 | 100 |
Ультразвук все шире применяют на ремонтных предприятиях для очистки деталей, механической обработки твердых материалов, дефектоскопии, сварки и пайки, проверки размеров деталей, для ускорения химических реакций и обработки семян перед посевом.
Измерение шума. Упрощенная блок-схема поясняет принцип действия шумомера (рис. 30). Микрофон ВМ преобразует колебания звукового давления в электрическое напряжение, которое усиливается ламповым усилителем VL, выпрямляется германиевыми диодами VD и измеряется магнитоэлектрическим стрелочным прибором РμА, программированным в децибелах.
Рис. 30. Блок-схема (а) и общий вид (б) шумомера:
1 — штепсельный разъем для подключения микрофона и предусилителя; 2 — гнездо «50 мВ» для подачи калибровочного сигнала на вход прибора; 3 — кнопка «Калибр» для включения калибровочного генератора; 4 — винт регулировочного потенциометра для калибровки; 5 — стрелочный указательный прибор; 6 — шнур сетевого питания; 7 — шкалы частотных диапазонов; 8 — светодиоды, указывающие диапазон по шкалам 7; 9 — светодиод, указывающий на перегрузку прибора входным сигналом; 10 — переключатель «Род работы»; 11 — штепсельный; разъем дли подключения осциллографа; 12 — гнездо для заземления или зануления прибора; 13 — эквивалент микрофонного капсюля для калибровки; 14 — переходник, используемый при измерении виброскорости; 15 — экран из поролона, надеваемый на микрофон при ветре; 16 — проводник для присоединения осциллографа; 17 — переключатель «Фильтры» для выбора одной из частотных характеристик; 18 — рукоятка переключения октавных фильтров; 19 — переключатель «Фильтры октавные»; 20, 22 — рукоятки (I и II) переключателя «Делитель dB» для выбора диапазона измерений; 21 — кнопка для включения фильтр нижних частот с частотой среза 1 кГц; 23 — кнопка включения интегратора при измерении виброскорости; 24 — предусилитель с микрофонным капсюлем М-101
В свое время стремились при помощи объективного прибора измерять уровни не звуковых давлений, а громкости звуков или шумов, зависящие от субъективного слуха людей. Для этого шумомер имеет корректирующие характеристики А, В и С, которые делают прибор условно соответствующим особенностям слуха среднего человека. Более или менее точно уровни громкости при помощи шумомера можно измерить только для чистых тонов (для шупа с одной определенной частотой и синусоидальной формой колебаний). Уровни громкости для комбинации из нескольких чистых тонов или для широкополосного шума ухо человека воспринимает иначе. Поэтому при положениях переключателя 19 на отметках «Л» и «В» (на рис. 30 не показаны) измеряют условную величину — уровень звука (без упоминания о звуковом давлении).
Именно уровень звука используют для проверки, соответствует ли шум норме. Сначала измеряют уровень звука при отметке «Л», а если он выше нормы, определяют, в каких именно октавных полосах частот уровень звукового давления больше допустимого. Тогда включают кнопку 21, а переключателем 77 поочередно устанавливают одно из среднегеометрических значений десяти октавных полос (от 16 до 8 000 Гц). С учетом границ этих полос прибор позволяет анализировать колебания в пределах 10... 12 500 Гц. Им можно измерять уровни звукового давления от 25 до 140 дБ и соответствующие уровни звука, причем шкала имеет деления от 5 до 10 дБ, а диапазоны измерения устанавливают как сумму нифр, которым соответствуют положения рукояток переключателей 20 и 22. Если, например, эта сумма, отмечаемая по верхней шкале 7 светодиод ом 9, равна 80, а стрелка прибора 5 показывает К дБ, то измеренный уровень равен 88 дБ.
Для подготовки прибора к измерениям надо поставить переключатели 20 и 22 в положение, соответствующее максимальному уровню (соответственно 90 и 40 дБ). Если прибор питается от сети напряжением 220 В в помещениях с повышенной опасностью или особо опасных, а также вне помещений, корпус прибора необходимо занулить (заземлить). Для этого используют гнездо 12. Затем переключатель 10 ставят в положение «Контроль питания» для проверки достаточности напряжения питания. При этом стрелка прибора 5 должна находиться в отмеченном по шкале секторе «Катарея». Ставят переключатель 10 на «Л». Затем подносят микрофон к точке, где проверяют шум, и переключатель вставят в положение «Медленно» или «Быстро» в зависимости от характера шума и ряда других обстоятельств. При считывании показаний по с грел очному прибору удобнее, чтобы стрелка колебалась медленнее (записывают среднее показание). Если же измеряют импульсный шум, то переключатель 10 ставят в положение «Быстро» и иписывают максимальное показание. В момент переключения с грелка может отклоняться за пределы шкалы. Если затем она устанавливается левее нуля, уменьшают диапазон измерений руко ятками переключателями 20 и 22, пока она не встанет правее.
В РФ используют и другие шумомеры, например типа ШВМ-1 или импортируемые из Германии типа PSI-202.
В соответствии с ГОСТ 12.1.050 — 86 необходимо измерять на рабочем месте, чтобы контролировать соответствие фактических уровней шума допустимым по нормам и разрабатывать мероприятия по его снижению. Там, где работают стоя, микрофон располагают на высоте 1,5 м от пола, а где сидя — на высоте уха рабочего, направляя микрофон в сторону источника шума. Если рабочие места непостоянные, измерения делают не менее чем в трех точках рабочей зоны, где люди находятся чаще всего, стараясь охватить возможно большую ее часть. Шумным считается оборудование, при работе которого уровень шума на рабочем месте приближается к максимально допустимому ближе чем на 10 дБ. В помещениях бесшумного оборудования измерения делают не менее чем на трех рабочих местах (или в трех точках рабочей зоны), ближайших к источникам шума, проникающего в помещение извне, при включении в данном помещении вентиляции и всех других источников шума. Постоянным будет шум, у которого за период измерения уровни во времени не меняются более чем на 5 дБ. Для колеблющегося по времени или прерывистого шума по данным ряда измерений (не менее 360 отсчетов в одной точке помещения в течение 30 мин, за три цикла по 10 мин) рассчитывают эквивалентный уровень звука (по энергии) LAэкв (дБ А) и средний эквивалентный уровень звука LмАэкв (дБ А), пользуясь специальными таблицами и методикой, указанными в ГОСТ 12.1.050—86. Но и для постоянных шумов измерения в каждой точке помещения делают, как минимум, трижды и определяют среднее значение, чтобы узнать, постоянен ли шум.
В соответствии с ГОСТ 8.055-73 и ГОСТ 23941-79 установлены шесть шумовых характеристик машин и четыре метода определения, среди которых упомянем только октавные уровни звукового давления Ld1, измеряемые на расстоянии 1 м от наружного контура машины, и уровень звука Ld1А, измеряемый так же (ГОСТ 12.1.023 — 80). Ориентировочный метод определения уровня звуковой мощности шума машин (ГОСТ 12.1.028 — 80) требуе измерений в пяти точках: одна над машиной и по одной с четырех сторон.
Нормирование и измерение вибрации. Сотрясения и вибрации возникают при работе на некоторых станках, мобильных сельскохозяйственных машинах, транспорте, при использовании ручного электрического или пневматического инструмента. Под влиянием вибрации могут поражаться нервная и сердечно-сосудистая системы, возникают спазмы капиллярных сосудов, наблюдаются склонность к обморокам, гипертония, изменения в крови, общая слабость. Особенно вредно действуют вибрация и сотрясения на организм женщин.
Различают общую вибрацию, т. е. передающуюся на тело через сиденье или пол, и локальную — на руки. В свою очередь, общую вибрацию по источнику возникновения разделяют на транспортную, транспортно-технологическую (возникающую при работе машин, которые выполняют технологические операции в стационарном положении и при перемещении по специально подготовленной части производственного помещения или площадки, например мостовых кранов), технологическую на постоянных рабочих местах в производственных помещениях, где имеется вибрирующее оборудование, технологическую в бытовых или производственных помещениях предприятий, где нет машин, генерирующих вибрацию. Отдельно нормируют технологическую вибрацию в помещениях для работников умственного труда, в том числе в лабораториях, вычислительных центрах.
В проектно-технологической документации должны быть указаны ожидаемые уровни вибрации на рабочих местах. Общую вибрацию необходимо проверять в процессе эксплуатации вибрирующего оборудования не реже 1 раза в год, а локальную — 2 раза в год.
В ГОСТ 17770 — 78 дается максимальная масса ручной машины или ее части, удерживаемой руками во время работы: 100 Н (т.е. масса машины до 10 кг), а также предельное усилие нажатия на рукоятку машины при работе в номинальном режиме 200 Н и условия работы с вибрирующим оборудованием. При работе в холодное время года на открытом воздухе с ручными машинами надо обеспечить возможность периодического обогрева рук.
Рис 31. Конструкция вибропреобразователя ДН-4:
1 — основание; 2 — пьезоэлектрические элементы; 3 — инерционная масса; 4 — крышка; 5 — гайка; 6 — контакт; 7 — розетка
Для измерения параметров вибраций приборов ВШВ-3 его характеристика должна быть полностью линейной. Переключатель 17 (см. рис. 30) ставят в положение «Лин» (линейная характеристика). К входу прибора присоединяют пьезоэлектрические вибропреобразователи ДН-1 на частоту до 4000 Гц или ДН-4 на частоту до 12 500 Гц (рис. 31). При воздействии на основание 1 преобразователя механических колебаний с ускорением а инерционная масса 3 испытывает действие силы F = mа, под влиянием которой пьезокерамические элементы 2 подвергаются деформации сжатия, а на их электродах возникают электрические заряды, прямо пропорциональные, действующему ускорению.
Пьезокерамические элементы включены параллельно между основанием 1 и контактом 6 и подключаются к ВШВ-3 через специальную розетку 7. Для измерения уровня виброскорости, а на виброускорения надо включить в приборе ВШВ-3 (см. рис. 30)1 при помощи кнопки 23 особое устройство — интегратор. Есл используют преобразователь, то показания прибора надо умножать на коэффициент 10. Параметры вибрации нужно измерять в направлении наибольшей вибрации не менее трех раз и результаты усреднять арифметически.
Для снижения шума и вибрации от машин нужно заменять, если возможно, ударные взаимодействия деталей безударными, возвратно-поступательные движения — вращательными, цепные передачи — клиноременными, подшипники качения — подшип никами скольжения, демпфировать вибрации деталей путем при менения пружин или прокладок из материалов с большим внутренним трением (резина, пробка, войлок, асбест, битуминизированный картон) или заменять металлические детали изготовленными из незвукопроводящих материалов (пластмасса). Для уменьшения шума от трансформаторов, дросселей и электромагнитных аппаратов (пускателей) нужно тщательнее изготовлять магнитопроводы, регулировать ход и усилие притяжения якоря. Если детали имеют большие излучающие шум поверхности (трубопровод, кожух), то полезно облицовывать эти поверхности указанными выше материалами. Надо тщательно уравновешивать все движущиеся детали для уменьшения динамических сил, возбуждающих вибрации, и предусматривать минимальные допуски при изготовлении и сборке деталей, либо с уменьшением зазоров уменьшается энергия соударений.
Соударяющиеся детали смазывают вязкими жидкостями, а вибрирующие и издающие шум детали шестеренчатых редукторов заключают в масляные ванны, по возможности улучшают условия обтекания деталей агрегата воздушными струями (в вента торах, эжекторах), заключают в изолирующие кожухи или экраны сборочные единицы агрегата, генерирующие шум или ультразвук.
Оборудование, создающее шум всей своей поверхностью (ДВ электродвигатели), целиком заключают в изолирующие кожухи по возможности автоматизируют управление его работой; не ходимые отверстия в звукоизолирующих кожухах выполняют в виде каналов, облицованных изнутри звукопоглощающими материалами. Агрегаты, создающие чрезмерный шум вследствие вихреобразования или выхлопа газов (ДВС, воздуходувки, пневматический инструмент), снабжают специальными глушителями (например, на тракторах). Если такими способами шум оборудован и снизить до нормы не удается, рекомендуются следующие дополнительные меры: разместить оборудование в отдельных помещениях с повышенной звуко- и виброизоляцией, применить звукоизолированные кабины наблюдения и управления, как на современных тракторах. Для ослабления передачи вибрации и шума по воздуховодам и трубопроводам их присоединяют к вентиляторам и насосам при помощи резинового патрубка. Внутри сравнительно небольших шумных помещений облицовывают потолок и часть стен (не менее 50% поверхности) звукопоглощающими материалами: специальной акустической штукатуркой или перфорированными плитами, отстоящими от стены на определенном расстоянии (несколько сантиметров). Для снижения вибрации на рабочем месте применяют мягкие сиденья, площадки обслуживания, установленные на виброизоляторах. Используют также резиновые виброзащитные рукоятки на воздушной подушке (с полосами), спецобувь с виброзащитной подошвой или перчатки с элластичным покрытием ладонной поверхности.
Строительные нормы проектирования для защиты от шума и шитые для расчета соответствующих мероприятий указаны в СНиП 11-12 — 77. Для уменьшения инфразвука стремятся устранить низкочастотные вибрации: например, увеличивают жесткость крупных конструкций и применяют в основном резонансные и камерные глушители.
Полезная информация: