5. Теоретичні основи

Сільськогосподарське виробництво часто пов’язане з впливом на робітника виробничих вібрацій. Шум випромінюють машини, різноманітне устаткування, особливо якщо відсутні глушники шуму, шумоізолюючі пристрої.

Шум - це сукупність звуків різної частоти та інтенсивності, які виникають через коливальний рух частинок у пружних середовищах (твердих, рідких, газоподібних). Процес поширення коливального руху в середовищі називають звуковою хвилею, яка характеризується частотою коливань, звуковим тиском та інтенсивністю.

З фізичної точки зору шум є безладне поєднання різних по частоті і силі звуків, з фізіологічної — звуковий процес, який більшою чи меншою мірою неприємний людині.

За останні десятиріччя захист людини від шуму став однією з актуальних проблем. Впровадження в промисловість нових технологічних процесів, зростання потужності устаткування і машин привели до того, що людина піддається дії шуму високої інтенсивності. Діючи на центральну нервову систему, шум надає несприятливий вплив на діяльність організму людини, викликаючи важкі захворювання, головний біль, запаморочення, послаблення уваги, а іноді і порушення функцій слухових органів. Шкідлива дія шуму виявляється в специфічній патології органів слуху, несприятливому впливі на нервову, серцево-судинну й інші системи організму людини.

Сильний шум в умовах виробництва значно знижує продуктивність праці і може з'явитися причиною нещасного випадку.

Шум – це будь-який небажаний звук, що заважає сприйняттю корисних звуків у виді виробничих сигналів і слів. З фізичної точки зору шум має хвилясту природу і джерело його полягає в коливанні твердих, газоподібних і рідких середовищах. Звукові хвилі виникають завжди у тому випадку, коли в пружному середовищі є тіло, що коливається, або коли частинки пружного середовища (газоподібного, рідкого або твердого) приходять в коливальний рух під дією якої-небудь збуджуючої сили. Ці коливання передаються повітряному середовищу, у якому по шляху їхнього поширення виникають зони згущення і розрідження, які по черзі змінюють одна одну.

Людина може чути тільки ті звуки, частота яких знаходиться в межах від 16 до 20000 Гц. Коливання з частотою менше 16 Гц називаються інфразвуковими, з частотою вище 20 000 Гц — ультразвуковими. І ті і інші коливання вухом не сприймаються, хоча при певній інтенсивності є шкідливими для людини.

При поширенні звукових коливань відбувається переніс кінетичної енергії, розмір якої визначається інтенсивністю звука І.

Інтенсивність звука, Вт/м², у вільному звуковому полі можна представити через звуковий тиск, що представляє собою абсолютну різницю між тиском максимального згущення й атмосферного тиску.

Різниця між миттєвим значенням повного тиску і середнім тиском, який спостерігається в середовищі за відсутності звукових хвиль, називається звуковим тиском.

(1),

де р – середньоквадратичне значення звукового тиску, Па;

р – щільність середовища, кг/м³;

с – швидкість поширення звука, м/с.

Вухо людини здатне сприймати зміну тиску від 2∙10^-5 до 2∙10² Па. Ці значення називають відповідно нижнім і верхнім граничним тиском.

У практиці боротьби з шумом доводиться мати справу з величезним діапазоном значень звукового тиску, відповідним його зміні в 104—109 разів. Оскільки оперувати багатозначними числами незручно, а також унаслідок здатності вуха людини оцінювати не абсолютну, а відносну зміну звукового тиску, введено поняття рівня звукового тиску (дБ), величина якого виражається залежністю:

(2),

де Р — звуковий тиск, що створюється джерелом звуку, Н/м²; Р_о—пороговий звуковий тиск (Р₀ = 2∙10^-5 Н/м²). Воно є порогом чутності при частоті звуку 1000 Гц.

Рівень інтенсивності звука використовують при проведенні акустичних розрахунків^*, а рівень звукового тиску – для виміру шуму й оцінки його впливу на людину.

^*- Акустичні вимірювання – це вимірювання механічних величин, пов’язаних з коливанням частин середовища відносно положення, яке б займали ці частини при відсутності акустичного коливання.

Рівні звукового тиску вимірюються за допомогою шумоміра або вимірювача шуму.

Користуватися логарифмічною шкалою децибел зручно для практики вимірів, тому, що весь діапазон звукових тисків від нечуйних до тих, що руйнують барабанні перетинки органів слуху людини перебувають у межах від 0 до 140 дБ.

Звуки різноманітних частот при однакових рівнях звукового тиску діють на організм людини по-різному: з підвищенням частоти несприятливий вплив шуму зростає. Ця обставина враховується при складанні норм, а також при проектуванні різних конструкцій, що є глушниками шуму. Їх ефективність також залежить від частоти.

Виробничий шум являє собою складний коливальний процес. Розкладання складного коливального процесу (шуму) на прості складові, називають частотним аналізом шуму, а залежність амплітуд окремих складових від частоти коливань (Гц) —спектром шуму.

Для того, щоб ефективно вести боротьбу з шумами, необхідно знати їх звуковий спектр.

Аналіз шуму проводиться за допомогою пристроїв, що складаються з набору електричних фільтрів; кожний з них вирізує в досліджуваному шумі певну смугу частот, яка характеризується граничними частотами (f₁—нижня і f₂— верхня граничні частоти), шириною і середньою частотою (Гц), за яку зазвичай приймають середньогеометричну величину: f_сер= , що визначають при досліджуванні спектрального складу шуму при виробітку ефективних рішень по його зниженню.

ГОСТ 12.1.003—83 шуми класифікує: по характеру спектру на:

- широкосмугові (ширина безперервного спектру більш за одну октаву^*)

^* При дослідженні шумів зазвичай користуються фільтрами з постійною відносною смугою пропускання (f₁/f₂=const). Смуга, в якій f₁/f₂=2 називається октавою. В цьому випадку говорять, що аналіз проводиться в октавних смугах частот.

Наприклад, якщо f₁/f₂=1,26, то ширина смуги рівна 1/3 октави.

- тональні (перевищення рівня октави більше 10 дБ); по тимчасових характеристиках - на постійні (рівень звуку за 8 годин змінюється не більше ніж на 5 дБ А) і непостійні (рівень звуку за 8 годин змінюється більш ніж на 5 дБ А). Непостійні шуми підрозділяють на ті, що коливаються в часі, переривисті і імпульсні.

Нормативні вимоги до виробничих шумів викладені в «Санитарных нормах допустимых уровней шума на рабочих местах» № 3223-85. У зазначених нормах встановлені гранично допустимі рівні звукового тиску в октавних смугах середньогеометричних частот 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц при безперервній дії шуму не менше 4 годин за робочу зміну, а також рівні звуку в дБ А, вимірювані шумоміром з використанням частотної характеристики «А»^*.

^* При орієнтованій оцінці припускається в якості характеристики постійного широкосмугового шуму на робочих місцях вимірювати рівень звука в дБ А на тимчасовій характеристиці А «МЕДЛЕННО» шумоміру по ГОСТ 17187.

Характеристикою непостійного шуму на робочих місцях є інтегральний параметр – еквівалентний (по енергії) рівень звука в дБ А

Залежно від характеру шуму і сумарного часу дії за робочу зміну до гранично допустимих рівнів звукового тиску вносяться поправки (додаток 3, табл.3.2).

Для вимірювання шуму використовують шумоміри різних видів, смугові фільтри, аналізатори, вимірювальні мікрофони-самописці, магнітофони та інші прилади.

У загальному випадку шумовимірювальний прилад (рис. 1) складається із вимірювального мікрофона, підсилювача, частотних фільтрів і вимірювального приладу. Шумовимірювальний прилад, який складається з відокремлених блоків, називають приймальним вимірювальним трактом.

Рис. 1 – Структурна схема установки для вимірювання рівней звукового тиску і активної інтенсивності (система 3360 фірми «Брюль і К’єр»):

1 - приймач градієнту звукового тиску; 2 - мікрофон; 3 - підсилювач; 4 - аналого-цифровий перетворювач; 5 -1/3 октавні фільтри; 6- суматор; 7 - інтегратор; 8 - перемножувач; 9 - усереднюючий пристрій; 10 - показуючий прилад.

Шумомір – вимірювальний прилад, призначений для вимірювання рівня звуку з частотними характеристиками А, В, С, Д, Лін і тимчасовими характеристиками F, S, I, Пік або деякими із них.

За точністю шумоміри поділяються на чотири класи: 0, 1, 2 та 3.

Інтегруючі шумоміри призначені для вимірювання еквівалентного рівня звуку при усередненні енергії за значний проміжок часу – від кількох секунд до годин.

Дозиметр шуму – інтегруючий шумомір, призначений для вимірювання дози^* шуму або відносної дози шуму.

^*Доза шуму – величина пропорційна коректованій за характеристикою А енергії шуму за визначений проміжок часу, Па²·год.

Основні методи боротьби з шумом: 1) послаблення шуму в його джерелі; 2) ізоляція шуму; 3) поглинання шуму.

Найбільш радикальна міра боротьби з шумом — застосування малошумних машин і механізмів. Проте це не завжди можливо із-за складності конструктивних змін в машинах, тому частіше користуються методами ізоляції і поглинання.

Звукоізолюючими кожухами закривають найбільш, шумні меха-нізми. Кожухи виконують з дерева, металу або пластмаси, а внутрішню поверхню стінок облицьовують звукопоглинальним матеріалом. Щоб уникнути перегріву механізму кожух забезпечується вентиляційними пристроями з глушниками.

Звукове поле в приміщенні створюється прямими (що йдуть від джерела шуму) і відбитими від стін приміщення звуковими хвилями. Зниження шуму за рахунок застосування звукопоглинального облицьо-вування в приміщенні засноване на зменшенні енергії відбитих хвиль внаслідок їх поглинання.

Найефективнішим засобом є зменшення шуму в джерелі його утворення шляхом створення нового покоління машин та механізмів. Серед засобів індивідуального захисту використовують протишумові вкладиші.

Величина шуму, який створюється транспортним потоком, залежить від швидкості руху, інтенсивності руху, типу автомобілів та стану і виду покриття дороги. За рівнем шуму, який створюють автомобілі, їх поділяють на три групи:

- легкові ;

- вантажні карбюраторні;

- вантажні дизельні.

Збільшення шуму, зростання частки міського населення, яке піддається його дії, та наявність застарілої вуличної мережі низької пропускної здатності вимагають оптимальної організації транспортних потоків у великих містах з метою зменшення його негативного впливу на населення. Рівні шумового забруднення у містах від основних джерел шуму можна подати в дванадцятибальній системі (додаток 3, табл. 3)

Очікуваний рівень шуму визначають за формулою (3):

L=44,4+0,268 V+101 lg (3),

де V – швидкість руху автомобілів, км/год;

N₁ – інтенсивність руху легкових автомобілів, год^-1;

N₂ -інтенсивність руху вантажних карбюраторних автомобілів, год^-1;

N₃- інтенсивність руху вантажних дизельних автомобілів, год^-1;

- сума поправок, яка враховує особливості розташування територій прогнозування шуму (в першому наближенні цими поправками можна знехтувати).

За рівнем шуму визначається коефіцієнт соціальної небезпеки (4), пов’язаної із шумовим забрудненням і-тої території:

Т_і=0,04 (L_i - 55)∙H_i (4),

де L_i - рівень шуму на території, який перевищує граничнодопустимий рівень 55 дБА:

H_i - кількість людей, які піддаються дії шуму.

Інтегральний показник соціальної небезпеки шумового забруднення визначають як: Т = (5)

Методи визначення шумових характеристик

Рівень шуму є одним з чинників, що визначають конкурентоспроможність сільськогосподарської техніки. У нашій державі методи визначення шумових характеристик сільськогосподарської техніки встановлені рядом державних стандартів: ГОСТ 12.4.095-80; ГОСТУ 20445-75; ГОСТ 12.1.026-80; ГОСТУ 12.2.002-81 і ін.

Відповідно до ГОСТ 12.2.002-81 при вимірюванні шумових харак-теристик тракторів на відстані 25 м не повинно бути крупних відзеркалювальних поверхонь, ухил дороги повинен бути не більш 2° до горизонту. Якщо є джерело шумових перешкод, то вноситься поправка до виміряного рівня шуму. При перевищенні рівня шуму машини над рівнем шуму перешкоди на 4-5 дБА із виміряного рівня шуму віднімається 2 дБА, при перевищенні на 6-9 дБА - I-дБА. При різниці рівня шуму випробовуваної машини і перешкоди менше 4 дБА вимірювання не проводяться.

При вимірюванні рівня шуму не робочому місці машина повинна виконувати технологічні операції при завантаженні не менше 80% від номінальної потужності, ГОСТ 12.2.002-81 допускає вимірювання шуму на робочому місці операторів колісних тракторів проводити при русі по дорозі з бетонним або асфальтобетонним покриттям, а гусеничних тракторів - по ґрунтовій дорозі. Шум в кабіні вимірюється при закритих вікнах і дверях, причому в робочій зоні повинно знаходитися стільки операторів, скільки обладнано місць для роботи сидячи або стоя. ГОСТ 12.2.002-81 містить також вимоги до умов навколишнього середовища і апаратури при проведенні вимірювань. Допустимі рівні звукового тиску і рівня звуку на робочих місцях в нашій країні нормуються ГОСТ I2.I.003-76 і "Єдиними вимогами до конструкції тракторів і сільськогосподарських машин по безпеці і гігієні праці". Відповідно до ціх документів допустимий рівень шуму на робочому місці не повинен перевищувати 85 дБА. Для порівняння можна відзначити, що в США, Німеччині і Австрії допустимий рівень шуму на робочому товкачі операторів тракторів прийнятий рівним 90 дБА, в Швеції і Фінляндії - 65 дБА.

Разом з нормуванням загального рівня шуму широке застосування знаходить нормування рівні звукового тиску в октавних смугах.

Способи визначення шуму трактора у нашій країні і за кордоном аналогічні. Згідно з нормативними документами необхідно проводити визначення шуму при прийомці трактора а також на випробувальних станціях при оцінці машин. Визначення проводять при нерухомому стані трактора.

Разом з нормуванням загального рівня шуму широке застосування знаходить нормування рівнів звукового тиску в октавних смугах.

Двигун трактора при цьому повинен працювати на максимальних оборотах. Результати випробувань вважаються достовірними, якщо різниця між двома вимірюваннями, що проводилися з одного і того ж місця, не перевищує 2 дБА. У ряді випадків оцінка показників умов праці вимагає обліку параметрів їх статистичного розподілу, а також змін, зв'язаних із зміною термінів служби.

В зв'язку з цим заслуговує уваги методика оцінки параметрів умов праці, яка дозволяє розглядати їх в ймовірносно-статистичному аспекті і проводити аналіз зміни параметрів залежно від терміну експлуатації машин. Застосування цієї методики при дослідженні шуму просапних агрегатів дозволило виявити можливість її практичного використання, отримати закономірності характеристик рівня шуму культиваторів. Встановлено, що загальний рівень шуму значно перевищує норму (на 7-10 дБ). Шляхом проведення аналізу статистичних даних виявлено, що термін експлуатації культиваторів трохи впливає на характеристики шуму.

У Санітарних Правилах внесені відповідні поправки в допустимі рівні шуму і вібрації у тому випадку, коли є комбінована дія загальної вібрації з локальною вібрацією і шумом.

Особливо важливим є розповсюдження цих правил не тільки на нову, але й на відремонтовану техніку, умови роботи на якій часто є гіршими. За даними Київського НДІ гігієни праці і профзахворювань з-за низької якості ремонту рівні шуму в кабінах перевищують допустимі на I8-50%, вібрації - на 15-30, зусилля на органах управління - на 35-80%. Ця обставина вимагає вдосконалення методів контролю і оцінки шумових характеристик машин, що пройшли капітальний ремонт на спеціалізованих ремонтних підприємствах .

Для вимірювання шумових характеристик застосовуються спеціальні прилади, які часто використовуються як для акустичних вимірювань, так і для вимірювання вібрації.