Билет №31
«Средства защиты от вибрации»
В неавтоматизированных производствах осуществляют следующие методы по уменьшению вибрации: в источнике возникновения, по снижению на их путях распространения, по снижению вредного воздействия вибрации на работающих путем соответствующей организации труда, а также применение средств индивидуальной защиты и лечебно-профилактических мероприятий.
Прежде всего надо снизить вибрацию вблизи резонансов.
Основными методами борьбы с вибрациями машин и оборудования являются:
1) Снижение вибрации воздействием на источник возбуждения;
2) Отстройка от режима резонанса путем рационального выбора массы или жесткости колеблющейся системы;
3) Вибродемпфирование – увеличение механического импеданса колеблющихся конструктивных элементов путем увеличения диссипативных сил при колебаниях с частотами, близкими к резонансным;
4) Динамическое гашение колебаний – присоединение к защищаемому объекту системы, реакции которой уменьшают размах вибрации объекта в точках присоединения системы;
5) Изменение конструктивных элементов машин и строительных конструкций.
В соответствии с ГОСТ 12.4.046 – 78 методы вибрационной защиты могут быть также разделены на методы, снижающие параметры вибраций воздействием на источник возбуждения, и методы, снижающие параметры вибраций на путях ее распространения от источника.
Борьба с вибрацией воздействием на источник возбуждения. При конструировании машин и проектировании технологических процессов предпочтение должно отдаваться таким кинематическим и технологическим схемам, при которых динамические процессы, вызванные ударами, резкими ускорениями и т.д., были бы исключены или предельно снижены.
При кинематическом возбуждении вибраций применяются следующие методы борьбы, снижающие вибрацию воздействием на источник возбуждения:
1) изменение конструктивных элементов машин и строительных конструкций;
2) уменьшение неровностей профиля пути самоходных и транспортных машин;
3) повышение нивелирующей способности опорных элементов самоходных и транспортных машин.
Отстройка от режима резонанса. Для ослабления вибраций существенное значение имеет исключение резонансных режимов работы, т. е. отстройки собственных частот агрегата и его отдельных узлов и деталей от частоты вынуждающей силы. Собственные частоты отдельных конструктивных элементов определяют либо расчетным путем, либо экспериментально на специальных стендах. В первом случае расчет производится по известному значению массы т и жёсткости q системы.
Резонансные режимы при работе технологического оборудования устраняют двумя путями: либо изменением характеристик системы (массы или жесткости), либо установлением нового рабочего режима (отстройка от резонансного значения угловой частоты вынуждающей силы ). Второй метод осуществляют на стадии проектирования, так как в условиях эксплуатации режимы работы определяются условиями технологического процесса.
Вибродемпфирование. Это процесс уменьшения уровня вибраций защищаемого объекта путем превращения энергии механических колебаний данной колеблющейся системы в тепловую энергию.
Увеличение потерь энергии в системе может производиться: использованием в качестве конструкционных материалов с большим внутренним трением, нанесением на вибрирующие поверхности слоя упруговязких материалов, обладающих большими потерями на внутреннее трение, применением поверхностного трения (например, при колебаниях изгиба двух скрепленных и плотно прилегающих друг к другу пластин), переводом механической колебательной энергии в энергию токов Фуко, или электромагнитного поля.
С точки зрения снижения вибраций наиболее предпочтительным является использование в качестве конструкционных материалов пластмасс, дерева, резины.
Хорошо демпфируют колебания смазочные материалы.
Динамическое гашение вибрации. Чаще всего виброгашение осуществляется путем установки агрегатов на фундаменты.
Для снижения вибрации возможно также использование ударных виброгасителей, в которых осуществляется переход кинематической энергии относительного движения контактирующих элементов в энергию деформации с распространением напряжений из зоны контакта по взаимодействующим элементам.
Изменение конструктивных элементов машин и строительных конструкций для снижения вибрации на путях ее распространения производится чаще за счет увеличения жесткости системы (введения ребер жесткости). Это в значительной мере способствует снижению уровня вибрации и сопутствующего ей шума в дорезонансной области частот (при <0)
Виброизоляция. Этот способ защиты заключается в уменьшении передачи колебаний от источника возбуждения защищаемому объекту при помощи устройств, помещаемых между ними. Виброизоляция осуществляется введением в колебательную систему дополнительной упругой связи, препятствующей передаче вибраций от машины — источника колебаний к основанию или смежным элементам конструкции; эта упругая связь может также использоваться для ослабления передачи вибраций от основания на человека либо на защищаемый агрегат.
Активная виброзащита. Широкое распространение в промышленности получила активная виброзащита, которая предусматривает введение дополнительного источника энергии, осуществляющего обратную связь его от изолируемого объекта к системе виброизоляции, позволяющего регулировать по времени характеристики последней. Это приводит к быстрому затуханию колебаний в виброизоляционной системе при внешних воздействиях.
Исключение контакта с вибрирующим объектом обеспечивается использованием ограждений, сигнализации.
Индивидуальная защита. При работе с механизированным электрическим и пневматическим инструментом применяют средства индивидуальной защиты рук от воздействия вибраций. К ним относятся рукавицы, перчатки, а также виброзащитные прокладки или пластины, которые снабжены креплениями в руке. Общие технические требования к средствам индивидуальной защиты рук от вибраций определены ГОСТ 12.4.002 – 74.
Защита от вибраций
1. Уменьшение вибраций в источнике его возникновения (замена ударных механизмов безударными, применение шестерен со специальными видами зацеплений, повышение класса точности обработки, балансировка и т.д.).
2. Отстройка от режима резонанса путем рационального выбора массы или жесткости колеблющейся системы.
3. Виброизоляция (применение прокладок из резины, пружины и т.д.).
4. Вибропоглощающие покрытия из фетра, войлока, резины, пластмассы, мастики и т.д.
5. Динамическое гашение колебаний – присоединение к защищаемому объекту дополнительно колеблющейся массы, работающей в противофазе с основной возмущающей силой.
6. Организационные мероприятия.
7. Индивидуальные средства защиты (виброзащитные перчатки, обувь).
8. Медико-профилактические мероприятия.
Билет №32
«Физические характеристики шума»
Шумом является всякий нежелательный для человека звук. В качестве звука мы воспринимаем упругие колебания, распространяющиеся волнообразно в твердой, жидкой или газообразной среде.) Частицы среды при этом начинают колебаться относительно положения равновесия, причем скорость таких колебаний (колебательная скорость v) значительно меньше скорости распространения волны (скорости звука с).
В газообразной среде скорость звука
где x — показатель адиабаты (для воздуха х = 1,41); РСТ и — давление и плотность газа.
При нормальных атмосферных условиях (Т=293К и РСТ = 1034 гПа) скорость звука с в воздухе равна 344 м/с.
Звуковое поле — это область пространства, в которой распространяются звуковые волны. В каждой точке звукового поля давление и скорость движения частиц воздуха изменяются во времени. Разность между мгновенным значением полного давления и средним давлением, которое наблюдается в невозмущенной среде, называется звуковым давлением р. Единица измерения звукового давления — Па.
На слух действует средний квадрат звукового давления
где черта означает осреднение во времени, которое в органе слуха человека происходит за Т0=30-100 мс.
В плоской звуковой волне, т.е. такой, в которой поверхность, проходящая через точки с одинаковой фазой колебаний, является плоскостью, перпендикулярной направлению распространения колебания, отношение звукового давления к колебательной скорости не зависит от амплитуды колебаний.
При распространении звуковой волны происходит перенос энергии. Средний поток энергии в какой-либо точке среды в единицу времени, отнесенный к единице поверхности, нормальной к направлению распространения волны, называется интенсивностью звука в данной точке I (Вт/м2):
Величины звукового давления и интенсивности звука, с которыми приходится иметь дело в практике борьбы с шумом, могут меняться в широких пределах: по давлению до 108 раз, по интенсивности до 1016 раз. Были введены логарифмические величины — уровни звукового давления и интенсивности.
Уровень интенсивности звука (дБ) определяют по формуле
,
где I0 — интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости (I0=10-12 Вт/м2) на частоте 1000 Гц. Величина уровня звукового давления (дБ)
,
где p0 — пороговое звуковое давление, выбранное таким образом, чтобы при нормальных атмосферных условиях уровни звукового давления были равны уровням интенсивности, т. е. p0 = 21О-5 Па на частоте 1000 Гц; p — среднеквадратичная величина звукового давления. Пороговая интенсивность звука (Вт/м2)
,
где 0c0 — плотность и скорость звука при нормальных атмосферных условиях.
Величину уровня интенсивности применяют при получении формул акустических расчетов, а уровня звукового давления — для измерения шума и оценки его воздействия на человека, поскольку орган слуха чувствителен не к интенсивности, а к среднеквадратичному давлению.
Ухо человека может воспринимать как слышимые только те колебания, частоты которых находятся в пределах 20 Гц – 20 кГц. Ниже 20 Гц и выше 20 кГц находятся области неслышимых человеком инфра- и ультразвука.
Шумы принято классифицировать (ГОСТ 12.1.003—76) по их спектральным и временным характеристикам.
В зависимости от характера спектра шумы бывают тональными, в спектре которых имеются слышимые дискретные тона, и широкополосными — с непрерывным спектром шириной более одной октавы. Например, шум дисковой пилы является тональным, а реактивного двигателя — широкополосным.
По временным характеристикам шумы подразделяют на постоянные, уровень звука которых за 8-часовой рабочий день изменяется во времени не более чем на 5 дБА, и непостоянные, для которых это изменение более 5 дБА. В свою очередь, непостоянные шумы делят на колеблющиеся во времени, прерывистые и импульсные.
Билет №33
«Действие шума на человека. Нормирование шума»
Шум оказывает влияние на весь организм человека: угнетает ЦНС, вызывает изменение скорости дыхания и пульса, способствует нарушению обмена веществ, возникновению сердечно-сосудистых заболеваний, гипертонической болезни, может приводить к профессиональным заболеваниям.
Шум с уровнем звукового давления до 30...35 дБ привычен для человека и не беспокоит его. Повышение этого уровня до 40...70 дБ в условиях среды обитания создает значительную нагрузку на нервную систему, вызывая ухудшение самочувствия и при длительном действии может быть причиной неврозов. Воздействие шума уровнем свыше 75 дБ может привести к потере слуха — профессиональной тугоухости. При действии шума высоких уровней (более 140 дБ) возможен разрыв барабанных перепонок, контузия, а при еще более высоких (более 160 дБ) и смерть.
Специфическое шумовое воздействие, сопровождающееся повреждением слухового анализатора, проявляется медленно прогрессирующим снижением слуха. У некоторых лиц серьезное шумовое повреждение слуха может наступить в первые месяцы воздействия, у других — потеря слуха развивается постепенно, в течение всего периода работы на производстве. Снижение слуха на 10 дБ практически неощутимо, на 20 дБ — начинает серьезно мешать человеку, так как нарушается способность слышать важные звуковые сигналы, наступает ослабление разборчивости речи.
Оценка состояния слуховой функции базируется на количественном определении потерь слуха и производится по показателям аудиометрического исследования. Основным методом исследования слуха является тональная аудиометрия. При оценке слуховой функции определяющими приняты средние показатели порогов слуха в области восприятия речевых частот (500,1000,2000 Гц), а также потеря слухового восприятия в области 4000 Гц.
Критерием профессионального снижения слуха принят показатель средней арифметической величины снижения слуха в речевом диапазоне, равный 11 дБ и более. Помимо патологии органа слуха при воздействии шума наблюдаются отклонения в состоянии вестибулярной функции, а также общие неспецифические изменения в организме; рабочие жалуются на головные боли, головокружение, боли в области сердца, повышение артериального давления, боли в области желудка и желчного пузыря, изменение кислотности желудочного сока. Шум вызывает снижение функции защитных систем и общей устойчивости организма к внешним воздействиям.
Нормируемые параметры шума на рабочих местах определены ГОСТ 12.1.003—83* с дополнениями 1989 г. и Санитарными нормами СН 2.2.4/2.1.8.562 — 96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки». Документы дают классификацию шумов по спектру на широкополосные и тональные, а по временным характеристикам — на постоянные и непостоянные. Для нормирования постоянных шумов применяют допустимые уровни звукового давления (УЗД) в девяти октавных полосах частот в зависимости от вида производственной деятельности. Для ориентировочной оценки в качестве характеристики постоянного широкополосного шума на рабочих местах допускается принимать уровень звука (дБА), определяемый по шкале А шумомера с коррекцией низкочастотной составляющей по закону чувствительности органов слуха и приближением результатов объективных измерений к субъективному восприятию.
Непостоянные шумы делятся на колеблющиеся во времени, прерывистые и импульсные. Нормируемой характеристикой непостоянного шума является эквивалентный по энергии уровень звука (дБА).
Для тонального и импульсного шума допустимый уровень звука должен быть на 5 дБ меньше значений, указанных в таблице. Эквивалентный по энергии уровень звука
,
где i, — относительное время воздействия шума класса Li, % времени измерения; Li — уровень звука класса i, дБА.
При оценке шума допускается использовать дозу шума, так как установлена линейная зависимость доза — эффект по временному смещению порога слуха, что свидетельствует об адекватности оценки шума по энергии. Дозный подход позволяет также оценить кумуляцию шумового воздействия за рабочую смену.
Нормирование допустимого шума в жилых помещениях, общественных зданиях и на территории жилой застройки осуществляется в соответствии с СН 2.2.4/2.1.8.562—96.
Оценивать и прогнозировать потери слуха, связанные с действием производственного шума, дает возможность стандарт ИСО 1999: (1975) «Акустика — определение профессиональной экспозиции шума и оценка нарушений слуха, вызванных шумом».
В производственных условиях нередко возникает опасность комбинированного влияния высокочастотного шума и низкочастотного ультразвука, например при работе реактивной техники, при плазменных технологиях.
Билет №34
«Методы борьбы с шумом»