Лабораторная работа № 4. Шум, вибрация и защита от них

1. Цели работы

1. Изучить воздействие шума и вибрации на организм человека и способы защиты от них.

2. Измерить и оценить уровень шума в учебных и производствен­ных помещениях (учебная лаборатория, лекторий, механическая мас­терская, издательский центр, фойе, чи­тальный зал и другие), на приле­гающей территории зданий университета и на улице.

3. Измерить и оценить уровень вибрации в зданиях и вокруг них.

2. Оборудование

Шумомер с набором соответствующих фильтров, виброметр, бе­руши, наушники.

3. Литература

1. Тематический каталог нормативных доку­ментов по охране труда. – С.-Пб: С.-Пб. НИИОТ, 2012. www.niiot.ru/doc/catalogue

2. СанПиН 2.4.2.2821-10 «Санитарно-эпидемиологические требо­вания к условиям и организации обучения в общеобразовательных уч­реждениях». http://www.garant.ru

3. ГОСТ Р 12.4.209-99 ССБТ. Средства индивидуальной защиты ор­гана слуха. Вкладыши. Общие технические требования. Методы ис­пытаний.

4. ГОСТ Р 12.4.213-99 (ИСО 4869-3-89) ССБТ. Средства индивиду­альной защиты органа слуха. Противошумы. Упрощенный метод измерения акустической эффективности противошумных науш­ников для оценки качества.

5. ГОСТ 12.4.077-79 ССБТ. Ультразвук. Метод измерения звуко­вого давления на рабочих местах.

6. ГОСТ 12.4.012-83 ССБТ. Вибрация. Средства измерения и кон­троля вибрации на рабочих местах. Технические требования.

7. ГОСТ 12.4.002-97 (2003) ССБТ. Средства защиты рук от вибра­ции. Технические требования и методы испытаний.

8. Недоступов, Ю. К. Охрана труда в образовательных учрежде­ниях / Ю. К. Недоступов. Ч. 5: Сборник законодательных и норматив­ных правовых актов по охране труда. - 12-е изд., перераб. и доп. - Мы­тищи: Талант, 2007. – 320 с. - (Библиотека руководителя).

9. Охрана труда в образовательном учреждении: Справочник / 6-е изд. – М.: Образование в документах, 2005. – 192 с. - (Библиотека нор­матив­ных правовых актов в помощь работникам образования)

10. Сулла, М. Б. Охрана труда. Учебное пособие. - М.: Просвеще­ние, 1989. – 272 с.

4. Краткие теоретические сведения

Одним из вредных производственных факторов является шум. Шум - это беспорядочное сочетание звуков разной частоты и интенсив-ности (силы), возникающих при механических колебаниях в твёрдых, жидких и газообразных средах. Шум отрицательно влияет на организм человека, особенно на центральную нервную и сердечно-сосудистую системы. Долгое воздействие шума снижает остроту слуха и зрения, повышает кровяное давление, утомляет цент­ральную нервную сис­те-му, в результате чего ослабляется внимание, растёт число ошибок при работе, снижа­ется производительность труда, могут возникнуть профессиональные заболевания и произойти несчастный случай. Ис­точ-ники производственного шума - машины, оборудование и инстру­мент.

Органы слуха человека воспринимают звуковые волны с часто­той от 16 до 20000 Гц. Колебания с частотой ниже 16 Гц (инфразвук) и выше 20000 Гц (ультразвук) не вызывают слуховых ощущений, но оказывают биологическое воздействие на организм.

При звуковых колебаниях частиц среды в ней возникает пере­менное давление, которое называют звуковым давлением Р. Распро­странение звуковых волн сопровождается переносом энергии, вели­чина которой определяется интенсивностью звука I. Минимальное зву-ковое давление Р_о и минимальная интенсивность звука I_о, разли­чаемые ухом человека, называются пороговыми. Интенсивности едва слыши­мых звуков (порог слышимости) и интенсивность звуков, вызы­вающих болевые ощуще­ния (болевой порог), отличаются друг от друга более чем в миллион раз. Поэтому для оценки шума удобно измерять не аб­солютные зна­чения интенсивности и звукового давления, а относи­тельные их уровни в логарифмических единицах, взятые по отноше­нию к пороговым значениям Р_о и I_о.

За единицу измерения уровней звукового давления и интенсивно-

сти звука принят децибел (дБ). Диапазон звуков, воспринимаемых ор­ганом слуха человека - от 0 до 140 дБ. Звуковые колебания различных частот при одинаковых уровнях звукового давления по-разному воз­действуют на органы слуха чело­века. Наиболее благоприятно воздей­ствие звуков более высоких час­тот.

По частоте шумы подразделяются на низкочастотные (мак­симум звукового давления в диапазоне частот ниже 400 Гц), среднечастотные (от 400 до 1000 Гц) и высокочастотные (свыше 1000 Гц).

Для определения частотной характеристики шума звуковой диапа­зон по частоте разбивают на октавные полосы частот, в которых верх­няя граничная частота равна удвоенной нижней частоте.

По характеру спектра шум подразделяется на широко­полосный с непрерывным спектром шириной более одной октавы и тональный, в спектре которого имеются выраженные дискретные тона. По времен­ным характеристикам шум подразделя­ется на постоян­ный и непосто­янный (колеблющийся во времени, прерывистый, им­пульсный).

Постоянным считается шум, уровень которого за 8-часовой рабо­чий день изменяется во времени не более чем на 5 дБ, а непосто­ян­ным - более чем на 5 дБ. ГОСТ 12.1.003-83 устанавливает пре­дельно-допус-тимые условия постоянного шума на рабочих местах, при кото­рых шум, действуя на работающего в течение 8-часового рабо­чего дня, не вредит здоровью. Нормирование ведется в октав­ных полосах частот со средне-геометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

Для измерения на рабочих местах уровней шума в октавных по­лосах частот и общего уровня шума применяют разные типы шумоиз­ме­рительной аппаратуры. Наиболее распространены шумомеры, состо-ящие из микрофона, воспринимающего звуковую энергию и преобразу-ющего её в электрические сигналы, усилителя, корректи­рующих фильт-ров, детектора и стрелочного индикатора со шкалой, измеряемой в дБ.

Рис. 1. Шумомеры различных типов

Высокий уровень шума мешает услышать предупреж­дающий сиг-нал об опасности и вызывает уста­лость. Действие шума снижает спо­собность сосредоточить внимание, точность выполнения работ, связан­ных с приемом и анали­зом информации, и производительность труда. При постоянном ­действии шума люди жалуются на бессонницу, нару­шение зре­ния, вкусовых ощущений, расстройство органов пищеварения и т.д., у них отмечается повышенная склонность к неврозам. Энергоза­траты организма при выполнении работы в условиях шума больше, т.е. ра­бота оказывается более тяжелой. Шум, отрицательно воздействуя на слух человека, может привести к трем возможным результатам: вре-менно (от минуты до нескольких месяцев) снизить чувствительность к звукам определен­ных частот, вызвать повреждение органов слуха или мгно­венную глухоту. Уровень звука в 130 дБ вызывает болевое ощу­щение, а в 150 дБ – приводит к поражению слуха при любой частоте.

Пределы действия (ПДУ) шума на человека гарантируют, что ос­таточное понижение слуха после 50 лет работы у 90 % работающих будет менее 20 дБ, то есть ниже того предела, когда это начинает ме­шать человеку в повседневной жизни. Потерю слуха на 10 дБ для лю­дей практически не заметна. Предельные уровни шума при воздейст­вии в течение 20 минут следующие:

- частота, Гц: 1-7 8-11 12-20 20-100

- предельные уровни шума, дБ: 150 145 140 135

Инфразвуком называют колебания с частотой ниже 20 Гц, рас­пространяющиеся в воздушной среде. Низкая частота инфра­звуковых колебаний приводит к ряду особенностей его распростра­нения в ок­ру­жающей среде. Из-за большой длины волны инфра­звуко­вые колеба­ния меньше поглощаются в атмосфере и легче оги­бают препятствия, чем колебания с более высокой частотой. Этим объясня­ется способ­ность инфразвука распространяться на большие рас­стояния с не­боль­шими потерями энергии, поэтому обычные меро­прия­тия по борьбе с шумом для него неэф­фек­тивны. Под воз­действием ин­фра­звука возни­кает вибрация крупных предметов строи­тельных конст­рук­ций и из-за резонансных эффектов и возбуждения вторичного индуцированного шума в звуковом диапазоне усиливается ин­фра­звук в от­дель-ных помещениях. Источни­ками инфразвука могут быть средства наземного, воздуш­ного и вод­ного транспорта, пульса­ция дав­ления в газо-воздушных смесях (в форсунках большого диаметра) и другие.

Самый распространенный источник низкоаккустических колеба­ний – это компрессоры. Шум компрессорных цехов является низко­частотным с преоблада­нием инфразвука, причем в кабинах операторов инфразвук становится более выраженным из-за затухания более высо­кочастотных шумов. Источниками инфразвуковых колебаний являются также мощные вен­тиляционные системы и системы кондициони­рования воздуха. Макси­маль­ные уровни звукового давления дости-гают 106 дБ на 20 Гц, 98 дБ на 4 Гц, 85 дБ на частотах 2 и 8 Гц.

В салонах автомобилей наиболее высокие уровни звукового дав­ле­ния - в диапазоне от 2 до 16 Гц, достигая 100 дБ и более. Если авто­мобиль движется с открытыми окнами, то уровень шума может зна­чи­тельно возрастать, достигая 113-120 дБ в октавных полосах ниже 20 Гц (открытое окно играет при этом роль резонатора Гельмгольца).

Высокие инфразвуковые уровни имеют место в шуме автобусов, составляя от 107 до 113 дБ на частотах от 16 до 31,5 Гц при общем уровне шума 74 дБ. Инфразвуковой характер имеет шум некоторых самоходных машин, например бульдозера, в шуме которого максимум энергии находится на частотах от 16 до 31,5 Гц, составляя 106 дБ.

Источником инфразвука являются также реактивные двигатели самолетов и ракет. При взлете турбореактивных самолетов уровни ин­фразвука плавно нарастают от 70-80 дБ до 87-90 дБ на частоте 20 Гц. В то же время на частотах от 125 до 150 Гц отмечается другой максимум, поэтому такой шум все же нельзя назвать выраженным инфразвуком.

Из приведенных примеров видно, что инфразвук на рабочих мес­тах может достигать 120 дБ и более. При этом чаще работающие под­вер­гаются воздействию инфразвука при уровнях от 90 до 100 дБ.

В диапазоне звука от 1 до 30 Гц порог восприятия инфразвуко­вых ко­лебаний для слухового анализатора составляет от 80 до 120 дБ, а болевой порог – от 130 до 140 дБ.

Исследования, проведенные в условиях производства, показали, что в случае резко выраженного инфразвука относительно не­больших уровней, например 95 и 100 дБ при общем уровне шума 60 дБ, отме­чаются жалобы на раздражительность, головную боль, рассе­янность, сонливость, головокружение. В то же время при наличии интенсив­ного широкополосного шума даже с достаточно высокими уровнями инфразвука такие симптомы не появляются. Это вероятнее всего свя­зано с маскировкой инфразвука шумом звукового диапазона.

Ультразвуком принято считать колебания свыше 20 кГц, распро­ст­раняющиеся как в воздухе, так и в твердых средах. Это вызывает его контакт с человеком через воздух и непосредственно от виб­риру­ющей поверхности (инструмента, аппарата и других источ­ников).

Ультразвуковая техника и технология широко применя­ется в раз­лич­ных отраслях народного хозяйства для целей активного воздей­ст­вия на вещества (пайка, сварка, лужение, механическая обра­ботка и обезжи­ривание деталей и т.д.), структурного анализа и кон­троля фи­зико-ме­ханических свойств вещества и материалов (дефекто­скопия), для об­работки и передачи сигналов в радиолокационной и вычисли­тель­ной технике, в медицине - для диагностики и терапии раз­личных забо­лева­ний с использованием звуковидения, резки и соедине­ния био­логи­чес­ких тканей, стерилизации инструментов, рук и т.д.

Условно ультразву­ковой диапазон частот делят на низкочастот­ный - от 1,1210⁴ до 1,010⁵ Гц и высокочастотный - от 110⁵ до 1,010⁹ Гц (ГОСТ 12.1.001-89). Ультразвуковые установки с рабочими часто­та-ми до 30 кГц широко применяются в промышленности. Самые распро­стра­ненные уровни звукового и ультразвукового дав­лений на рабочих мес­тах на производстве - от 90 до 120 дБ. Пороги слухового воспри­ятия высокочастотных звуков и ультразвуков состав­ляют на частоте 20 кГц - 110 дБ, на 30 кГц - до 115 дБ и на частоте 40 кГц - до 130 дБ.

Принимая во внимание эти данные и учитывая, что низкочастот­ные ультразвуки (до 50 кГц) значительно больше, чем высокочастот­ные шумы, затухают в воздухе по мере удаления от источника колеба­ний, можно предпо­ложить их относительную безвредность для чело­века, тем более, что на границе сред «кожа/воздух» происходит очень незначительное поглощение падающей энергии – порядка 0,1 %. В то же время ряд исследований свидетельствует о возможности неблагопри­ятного дей­ствия ультразвука через воздух. Наиболее ранние неблаго­приятные субъективные ощущения отмечались у рабочих, обслужи­вающих уль­тразвуковые установки, в виде головных болей, усталости, бессонницы, обо­стрения обоняния и вкуса, которые в более поздние сроки (через 2 года) сменялись угнетением перечисленных функций. У рабочих, обслуживающих ультразвуковые промышленные установки, были выявлены наруше­ния их вестибулярного аппарата.

Ультразвук может воздействовать на работающих через волокна слухового нерва, кото­рые проводят высо­кочастотные колебания, и специфически влиять на высшие отделы анализатора, а также вестибу­лярный аппарат, который тесно связан со слуховым органом. Исследо­ва­ния отечественных ученых влияния воздушных ультра­звуков на животных и человека позволили разработать нормативы, ограничиваю-щие уровни звукового давления в высокочастотной области звуков и ультразвуков в 1/3-октавных полосах частот. Допустимые уровни высокочастотных звуков и ультразвуков сле­дующие:

- 1/3-октавные среднегеометрические частоты, кГц: 12,5; 16; 20; 25; 31,5-100;

- допустимые уровни звукового давления, дБ: 80; 90; 100; 105; 110.

Высокочастотный ультразвук практически не распространяется в воздухе и может оказывать воздействие на работающих только при контакте источника ультразвука с поверхностью тела.

Низкочастотный ультразвук, наоборот, оказывает на работающих общее действие через воздух и локальное – при соприкосновении рук с обрабатываемыми деталями, в которых возбуждены ультразвуковые колебания. Условно эффекты, вызываемые ультразвуком, можно под­разделить на механические (микромассаж тканей), физико-химические (ус­корение процессов диффузии через биологические мембраны и из­ме­нение скорости биологических реакций), термические и эффекты, связанные с возникновением в тканях ультразвуковой кавитации под воздействием только мощного ультразвука. Всё это указывает на вы­сокую биологическую активность данного физического фактора.

Условия труда работающих при различных процессах с примене­нием высокочастотного ультразвука разнообразны. Например, труд операторов ультразвуковой дефектоскопии сопровождается пси­хоэмо­циональной нагрузкой и утомлением зрительного анализатора, связан­ными с необходимостью расшифровки сигналов, а также перенапряже­нием опорно-двигательного аппарата, особенно кистей рук, что вызва-но вынужденной позой и характером совершаемых кистью движений.

В условиях производства ультразвук, распространяющийся кон­так­тным путем, может сочетаться с комплексом неблагоприятных фак­то­ров внешней среды: неудовлетворительными микроклиматическими условиями, запыленностью и загазованностью воздуха, высоким уров­-нем звукового шума и др. В результате значительного поглощения в тканях неблагоприятные эффекты, развивающиеся под действием ульт­развука при контактной передаче, обычно выражены в зоне контакта. Чаще - это пальцы рук и кисти, хотя возможны и другие проявления.

Длительная работа с интенсивным ультразвуком при его контакт­ной передаче на руки может вызывать поражение периферического нервного и сосудистого аппарата (вегетативные полиневриты, парезы пальцев). При этом степень выраженности изменений зависит от вре­мени контакта с ультразвуком и может усиливаться под влиянием не­благоприятных сопутствующих факторов производственной среды.

Нормируемыми параметрами ультразвука, распространяющегося контактным путем, являются пиковое значение виброскорости (м/с) в полосе частот от 8 до 31,510³ кГц или его логарифмический уровень в децибелах (дБ).

Для борьбы с шумом в по­мещениях проводятся мероприятия технического и медицинского характера. Основными из них явля­ются:

- устранение причины шума или существенное его ос­лабление в самом источнике при разработке технологичес­ких процессов и проек­тировании оборудования;

- изоляция источника шума от окружающей среды средствами звуко- и виброзащиты, звуко- и вибропогло­щения;

- уменьшение плотности звуковой энергии помещений, отражен­ной от стен и перекрытий;

- рациональная планировка помещений;

- применение средств индивидуальной защиты от шума;

- рационализация режима труда в условиях шума;

- профилактические мероприятия медицинского харак­тера.

Лучший способ борьбы с шумом, вызванным вибрацией от уда­ров, трения, механи­ческих усилий и т.д., - улучшение конструкции обо-рудования (изме­нение технологии с целью устранения удара). Шум и вибрацию уменьшают за счёт замены воз­вратно-поступательного дви­жения в уз­лах работающих механизмов равномерным вращательным.

При невозможности сниже­ния шума за счёт создания совершен­ной конструкции той или иной машины осуществляют его локализа­цию у места возникновения путем применения звукопоглощаю­щих и звукоизолирующих конструкций и материалов. Воз­душные шумы ос­лабляют установкой на машинах специ­альных кожухов или размеще­нием генерирующего шум обо­ру­дования в помещениях с массивными стенами без щелей и отверстий. Для исключения резонансных явлений кожухи облицовывают материалами с большим внутренним трением.

Для снижения шумов, распространяемых в твёрдых средах, при­меняются звуко- и виброизоляцион­ные перекрытия. Шум уменьшают примене­нием под полом упругих прокладок без их жёсткой связи с не­сущими конструкциями зданий, установкой вибрирующего оборудо­вания на амортизаторы или специальные изо­лиро­ванные фундаменты. Вибрации, распространяющиеся по комму­никациям (трубопроводам, каналам), ослабляют стыковкой послед­них через звукопоглощающие материалы (прокладки из резины и пла­стмассы). Кроме звукоизоляции в производственных условиях часто применяют средства звукопогло-щения. В помещениях ма­лого объёма (400-500 м³) рекомендуется об­щая облицовка стен и пере­крытий, снижающая уровень шума на 7-8 дБ.

Уменьшить шум можно за счёт рациональ­ной плани­ровки зданий, при которой самые шумные помещения концентрируют в глу­бине тер­ритории в одном месте. Они должны быть удалены от помещений для умственного труда и отделены от них зоной зелёных насаждений, ко­торые частично поглощают шум и улучшают микроклимат и интерьер.

Кроме мер технологического и технического характера широко применяются средства индивидуальной за­щиты - антифоны, выпол­ненные в виде наушников или вкладышей. Производятся де­сятки ва­риантов заглушей-вкладышей, наушников и шлемов, рассчи­танных на изоляцию слухового прохода от шумов разного спек­трального состава.

Рис. 2. Средства индивидуальной за­щиты органов слуха

Отрицательное влияние шумов можно снизить за счёт сокраще­ния времени их воздействия, построения рациональ­ного режима труда и отдыха, предусматривающего крат­ковременные перерывы в течение рабочего дня для восста­новления функции слуха в тихих помещениях.

Вибрацией называется механическое колебательное движение, заключающееся в перемещении тела как целого. Вибрация переда­ется только при механическом контакте одного тела с другим. Вибрация, воздействующая на человека через опор­ные поверхно­сти, влияет на весь организм и называется общей (опор­ной называется поверхность, на которой человек стоит, сидит или ле­жит). Общая вибрация, захва­тывающая всё тело, бывает во всех видах транспорта и при работе вблизи от источ­ника вибрации (промышленного оборудования).

Рис. 3. Виброметры различных типов

Вибрация, воздействующая не через опорные поверхности, охва­тывает только часть организма и называется локальной. Практически вся она является вибрацией, передающейся через руки, и возникает там, где вибрационные инструменты или обрабатываемые детали кон­тактируют с руками или с пальцами. Локальная вибрация возникает, на­пример, при использовании ручных силовых инструментов, приме­няемых на производстве. Локальная виб­рация действует на несколько десятков миллионов человек. Особым подвидом общей вибрации яв­ляется укачивание, связанное с низкочас­тотными колебаниями тела и некоторыми типами его вращения на транспорте. Человек реагирует на вибрацию в зависимости от общей продолжительности её воздействия.

Дол­гое воздействие сильной общей вибрации может отрицательно влиять на позвоноч­ник, вызвать варикозное расшире­ние вен на ногах, геморрой, ишемическую болезнь сердца и гиперто­нию. Сильная локаль-ная вибрация ведет к заболеваниям кровеносных сосудов, мышц, кос­тей, суставов верхних конечностей (так называемую «вибробо­лезнь»).

Для борьбы с вибрацией машин и оборудования и защиты рабо­тающих от вибрации используют различные методы. Для борьбы с вибра­цией в местах её возникновения определяют причины появления механических колебаний и устраняют их. Для снижения вибрации ши­роко используют эффект вибродемпфирования, то есть превра­щения энергии механических колебаний в другие виды энергии, чаще всего в тепловую (за счёт применения в конструкциях деталей, через которые передается вибрация, материалов с большим внутренним трением: спе-циальных сплавов, пластмасс, резины, вибродемпфи­рующих покрытий). Для предотвращения общей вибрации ставят вибрирующее оборудова-ние на самостоятельных виброгасящих фундаментах. Для значитель­ного уменьшения передачи вибрации от ис­точников её возникновения полу, рабочему месту, сидению, рукоятке и т.п. часто применяют виб­роизолято­ры из резины, пробки, войлока, асбеста, стальных пружин.

Виброгашением называется гашение вибрации за счёт активных потерь или превращения колебательной энергии в другие её виды, на­пример, в тепловую, электрическую, электромагнитную. Виброгаше­ние можно использовать в таких случаях: 1 – конструкция выполнена из материалов с большими внутренними потерями; 2 – на её поверхность нанесены вибропоглощающие материалы; 3 – используется контактное трение двух материалов; 4 – элементы конструкции соединены сердеч-ни­ками электромагнитов с замкнутой обмоткой и т. д. Лучший способ защиты человека от вибрации – это устранение не­посредственного контакта с вибрирующим оборудованием. Обеспечивают это за счёт применения дистанционного управления, промыш­ленных роботов, ав­томатизации и замены технологических операций. Снижение неблаго­приятного воздействия вибрации ручных механизи­рованных устройств на операторов достигается как путем уменьшения интенсивности виб­рации непосредственно в её источнике (за счет кон­структивных усо­вершенствований), так и средствами внешней вибро­защиты, которые представляют собой упругодемпфирующие материалы и устройства, размещенные между источником вибрации и ру­ками оператора. В ка­честве средств индивидуальной защиты рабо­тающих используют спе­циальную обувь на массивной резиновой по­дошве. Для защиты рук служат рукавицы, перчатки, вкладыши и про­кладки, которые изготов­ляют из упругодемпфирующих материалов.

Важный фактор для снижения опасного воздействия вибрации на организм человека - правильная организация режима труда и отдыха, постоянное медицинское наблюдение за состоянием здоро­вья, ле­чеб­но-профилактические мероприятия – такие, как гидропроце­дуры (теп­лые ванночки для рук и ног), массаж рук и ног, витаминиза­ция и др.