Лекция 6

Производственный шум

Шум – любой нежелательный для человека звук является шумом.

Шум - это беспорядочное сочетание звуков различной частоты и интенсивности (силы), возникающих при механических колебаниях в твердых, жидких и газообразных средах.. Звуковые волны возникают при нарушении стационарного состояния среды вследствие воздействия на нее какой-либо возмущающей силы. Звуки, издаваемые гармонически колеблющимся телом, называются музыкальным тоном. Музыкальные тоны отличаются громкостью и высотой. Громкость определяется амплитудой колебаний, высота звука определяется частотой.

Органы слуха человека воспринимают звуковые волны с частотой 20….20000 Гц. Колебания с частотой ниже 20 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 Р. В каждой точке звукового поля давление и скорость движения воздуха изменяются во времени. Разность между мгновенным значением давления и средним давлением, которые наблюдаются в невозмущенной среде, называют звуковым давлением; измеряется в Па.

Распространение звуковых волн сопровождается переносом энергии, величина которой определяется интенсивностью звука I.

Интенсивностью звука называется средний поток звуковой энергии в единицу времени в какой-либо точке среды, отнесенной к единице поверхности; измеряется в Вт/м².

Минимальное звуковое 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 звукового давления, а относительные их уровни в логарифмических единицах, взятые по отношению к пороговым значениям P_о и I_о.

Уровень интенсивности звука определяется по формуле

L_I = 10 lg (I / I_о), (2.8)

где : I – интенсивность звука в данной точке; Вт/м²;

I_о – интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости, равному (1*10^-12) Вт/м² при частоте 1000 Гц.

Уровень звукового давления определяется по формуле

L_р = 20 lg (P \ P_о), (2.9)

где: Р – звуковое давление в данной точке, Па;

Р_о – пороговое звуковое давление, равное (2 * 10^-5) Па.

Логарифмическая единица, отражающая десятикратную степень увеличения интенсивности звука над уровнем другого, называется белом. Пользуются единицей в 10 раз меньшей – децибел (дБ). Диапазон звуков, воспринимаемых ухом человека, составляет 0…140 дБ.

Звуковые колебания различных частот при одинаковых уровнях звукового давления по-разному воздействуют на органы слуха человека.

Звуковую мощность и звуковое давление как величины переменные можно представить в виде суммы синусоидальных колебаний различной частоты.

Зависимость среднеквадратичных значений этих составляющих (или их уровней) от частоты называется частотным спектром шума.

Шум, в котором звуковая энергия распределена по всему спектру, называется широкополосным. Если прослушивается звук определенной частоты, то шум называется тональным. Шум, воспринимаемый как отдельные импульсы (удары), называется импульсным.

По временным характеристикам шумы подразделяются на постоянные и непостоянные.

Непостоянные бывают:

• колеблющиеся по времени, уровень звука которых непрерывно изменяется во времени;

• прерывистые, уровень звука которых резко падает до уровня фонового шума;

• импульсные, состоящие из сигналов менее 1с.

Действие на организм

Воздействие шума на организм может проявляться в виде специфического поражения органа слуха, нарушений со стороны ряда органов и систем, снижения производительности труда, снижения внимания, повышения уровня травматизма.

В отрасли связи шум является одним из наиболее распространенных источников вредности.

Длительное воздействие шума большой интенсивности приводит к патологическому состоянию слухового аппарата и его утомлению. Утомление может постепенно перейти в тугоухость и глухоту. Чаще всего снижение слуха развивается в течение 5 – 7 лет и более – ухудшается восприятие шепотной речи, появляются головные боли, шум и писк в ушах. Период отдыха, восстановления слухового восприятия, становится все длиннее.

Интенсивный шум вызывает изменение сердечно-сосудистой системы, сопровождаемые нарушением тонуса и ритма сердечных сокращений, изменяется артериальное давление.

При этом степень выраженности гипертензивного действия шума зависит от интенсивности, времени воздействия, частотного состава и др.

Шум действует на центральную нервную систему, функциональные изменения в которой происходят зачастую раньше, чем определяется нарушение слуховой чувствительности. Это выражается астеническими реакциями, синдромом вегетативной дисфункции, астеновегетативным синдромом с характерными симптомами – раздражительностью, ослаблением памяти, апатией, подавленным настроением.

Шум вызывает нарушение нормальной функции желудка – уменьшается выделение желудочного сока, изменяется кислотность, что приводит к гастритам и язвам.

Шум действует на вестибулярный аппарат, вызывая нарушение координации движений, тошноту. Действуя на другие анализаторы, вызывает нарушение концентрации внимания, ухудшается восприятие цветовых и звуковых сигналов, раньше возникает чувство усталости и развиваются признаки утомления. Все это ведет к снижению производительности труда и повышает риск травматизма.

Шум обладает кумулятивным (накапливающим) действием. Чем старше человек, тем резче его реакция на шумовое раздражение.

При уровне шума 65 дБ (шум улицы, рынка, машинописного бюро) повышается кровяное давление, появляется быстрая утомляемость.

Уровень шума 90 дБ (шум поезда метрополитена) приводит к нарушениям слуха, ухудшению деятельности ЖКТ, нарушению нервной деятельности.

При шуме в 140 дБ (мотор самолета в 100 м) могут лопнуть барабанные перепонки, могут быть нарушены связи между частями внутреннего уха. Клетки коры головного мозга находятся в состоянии, близком к истощению. Звук вызывает механические колебания тканей и разрушение нервных клеток.

Опасны не только производственные, опасны и бытовые шумы (примеры из жизни).

Многолетние исследования лаборатории качества ОС НИИ общей и коммунальной гигиены установили, что производительность самых различных видов труда при радиошуме значительно снижается. В первую очередь это относится к умственной работе, так как она требует повышенного внимания.

Если включен репродуктор – производительность умственного труда снижается в 2 – 4 раза, при двух включенных репродукторах с разными программами она снижается в 12 – 15 раз. Это же относится к эффективности учебного процесса. В 1,5 – 2 раза снижается и производительность физического труда при одном включенном репродукторе, в 3 – 5 раз – при двух. В 2 – 3 раза увеличиваются несчастные случаи на производстве.

Работа при радиошуме вызывает ощущение тяжести в голове, головные боли, приводит к развитию неврозов, гипертонии, язвы желудка.

Источники шума

Источники шума в окружающей среде могут быть внутренними и внешними.

К внутренним источникам шума относятся инженерное, технологическое, бытовое, санитарно-техническое оборудование, а также источники шума создаваемые непосредственно жизнедеятельностью людей

Внешними источниками шума являются различные средства транспорта (наземные водные, воздушные), промышленные и энергетические предприятия и установки, а также различные источниками шума внутри кварталов, улиц, связанные с жизнедеятельностью людей (игровые и спортивные площадки и др.)

В зависимости от физической природы шумы могут быть:

• механические – возникающие при вибрации поверхностей машин и при одиночных или периодических ударах конструкции;

• аэродинамические – при прохождении в газах процессов, выхлопах автомобилей;

• электромагнитные;

• гидродинамические.

По характеру действия шумы делятся на стабильные, прерывистые, воющие. Последние два особенно неблагоприятно действуют на слух.

Для измерения шума применяются приборы - шумомеры (ШМ-1).

Шум в рабочем помещении измеряют на высоте 1,5 м, на расстоянии 1 м от его источника. При равномерном размещении шума измерение проводят в двух точках, расположенных по длинной оси помещения на высоте 1,5 м.

Нормирование шума (лаб.раб №5)

Для предотвращение неблагоприятного воздействия шума на здоровье человека решающее значение имеют санитарно-гигиенические нормативы допустимых уровней шума.

Для оценки шума используют частотный спектр измеренного уровня звукового давления, выраженный в дБ, в октавных полосах частот, который сравнивается с предельным спектром, нормированным в ГОСТ 12.1.003-83 «ССБТ. Шум. Общие требования безопасности».

Для ориентировочной оценки шумовой обстановки допускается использовать одночисловую характеристику – так называемый уровень звука, дБА, измеряемый без частотного анализа по шкале А шумометра, которая приблизительно соответствует числовой характеристике слуха человека. Слуховой аппарат человека более чувствителен к звукам высоких частот, поэтому нормируемые значения звукового давления уменьшаются с увеличением f. Для постоянного шума нормируемыми параметрами являются – допустимые уровни звукового давления и уровни звука на рабочих местах (по ГОСТ 12.1.003-83).

Для непостоянного шума нормируемым параметром является эквивалентный уровень звука L_А единиц в дБ по шкале А.

Эквивалентным уровнем звука называется значение уровня звука постоянного шума, который в пределах регламентируемого интервала времени

Т = t₂ - t₁ имеет тоже самое среднеквадратичное значение уровня звука, что и рассматриваемый шум.

Способы и средства защиты от шума

Используются следующие способы:

1. Уменьшение шума в источнике.

Этот метод является наиболее рациональным.

Аэродинамические шумы

Это шумы вентиляторов, воздуходувок, компрессоров, выпусков пара и воздуха в атмосферу, двигателей внутреннего сгорания.

В большинстве случаев меры по ослаблению аэродинамических шумов в источнике оказываются недостаточными, поэтому дополнительное, а часто и основное снижение шума достигается путем звукоизоляцией источника и установка глушителей.

Гидродинамические шумы

Возникают вследствие стационарных и нестационарных процессов в жидкостях (насосы).

Меры борьбы – это улучшение гидродинамических характеристик насосов и выбор оптимальных режимов их работы.

Электромагнитные шумы – возникают в электрических машинах и оборудовании за счет магнитного поля, обусловленного электрическим током.

Снижение электромагнитного шума осуществляется путем конструктивных изменений в электрических машинах. В трансформаторах необходимо применять более плотную прессовку пакетов, использовать демпфирующие материалы.

Механические шумы снижаются при помощи следующих технических мероприятий:

• замена ударных процессов и механизмов безударными, например, применять оборудование с гидроприводом вместо оборудования с кривошипным и эксцентрированным приводами. Заменяют штамповку прессованием: клепку – сваркой, обрубку – резкой и т.д.;

• применять вместо прямозубых шестерен косозубые;

• замена зубчатых и цепных передач клиноременными;

• замена подшипников качения на подшипники скольжения;

• замена (по возможности) металлических деталей на пластмассовые;

• использование принудительной смазки трущихся поверхностей;

• применять балансировку вращающихся элементов машин.

2. Изменение направленности излучения шума.

3. Рациональная планировка предприятий и цехов.

4. Акустическая обработка помещений.

Если нет возможности уменьшить прямой звук, то для снижения шума нужно уменьшить энергию отраженных волн. Процесс поглощения звука происходит за счет перехода энергии колеблющихся частиц воздуха в теплоту вследствие потерь в порах материала. Поэтому для эффективного звукопоглощения материал должен обладать пористой структурой, причем поры должны быть открыты со стороны падения звука и соединяться между собой, чтобы не препятствовать проникновению звуковой волны в толщу материала.

5. Уменьшение шума на пути его распространения.

Этот метод применяется, когда рассмотренными выше методами не возможно или нецелесообразно достичь требуемого снижения шума.

Снижение шума этим методом может быть осуществлено применением:

а) звукоизолирующих кожухов, экранов, кабин;

б) глушителей шума.

6. Применение средств индивидуальной защиты

Часто неэкономично, а иногда практически невозможно уменьшить шум до допустимых величин общетехническими мероприятиями. Поэтому средства индивидуальной защиты являются основными мерами, предотвращающими профессиональные заболевания работающих.

К средствам индивидуальной защиты относятся вкладыши, наушники, шлемы.

Производственная вибрация.

Вибрация представляет собой небольшие механические колебательные движение, простейшим видом которых является гармоническое (синусоидальное) колебание.

Основные параметры синусоидального колебания: частота - в Гц; амплитуда смещения - А в м или см; скорость v в м/с; ускорение а в м/с² Время в течении которого совершается одно полное колебание, называется периодом колебания Т(с). для синусоидальных колебаний скорость (v) и ускорение (а) определяются по формуле:

v = 2f А;

а = (2f)² А,

где  = 3,14;

f - частота, Гц;

А - амплитуда колебаний, м.

За нулевой уровень колебательной скорости принимают величину 5 10^-8 м/с, соответствующую среднеквадратичной колебательной скорости при стандартном пороге звукового давления, равном 2 10^-5 Н/м². За нулевой уровень колебательного ускорения принимают величину 3 10^-4 м/с².

Относительные уровни виброскорости и виброускорения выражаются в децибеллах и определяются по формулам:

L_v = 20lg (v /5  10^-8);

L_à = 20lg (à /3  10^-4),

По способу передачи принято различать вибрацию локальную, передаваемую через руки (при работе с ручными машинами, органами управления), и общую передаваемую через опорные поверхности или стоящего человека.

По характеру спектра вибрации подразделяют на:

- узкополосные, у которых контролируемые параметры в 1/3- октавной полосе частот более чем на 15 дБ превышают значения в соседних 1/3 - октавных полосах;

- широкополосные, которые не отвечают указанному требованию.

По частотному составу подразделяются:

низкочастотные с преобладанием максимальных уровней в октавных полосах 8 и 16 Гц (локальная), 1 и 4 Гц (общая);

среднечастотные - 31,5 и 63 Гц (локальная), 8 и 16 Гц (общая);

высокочастотные - 125, 250, 500 и 1000 Гц (локальная), и31, 5 и 63 Гц (общая).

По временным характеристиками локальные вибрации подразделяются на:

-постоянные, для которых величина виброскорости изменяется не более чем в 2 раза (на 6 дБ0 за время наблюдения не мене 1 мин;

-непостоянные, для которых величина виброскорости изменяется не менее чем в 2 раза (на 6 дБ) за время наблюдения не менее 1 мин.

Непостоянные вибрации подразделяются на:

-колеблющиеся во времени, для которых уровень виброскорости непрерывно меняется во времени;

-прерывистые, когда контакт оператора с вибрацией в процессе работы прерывается, причем длительность интервалов, в течение которых имеет место контакт, составляет более 1с;

-импульсные, состоящие из одного или нескольких вибрационных воздействий (например, ударов), каждый длительностью менее 1 с.

Местная вибрация.

По источнику возникновения локальные вибрации подразделяются на передающиеся от:

-ручных машин с двигателями (или ручного механизированного инструмента), органов ручного управления машинами и оборудованием;

-ручных инструментов без двигателей (например, рихтовочные молотки разных моделей) и обрабатываемых деталей.

Преимущественно местную вибрацию создают ручные машины ударного, ударно-вращательного и вращательного действия. К виброопасному оборудованию относятся клепальные, рубильные, отбойные молотки, бетономолы, трамбовки, поверхностные и глубинные ручные вибраторы, шлифовальные машины, дрели, горные сверла, бензомоторные и электропилы и др.

В большинстве случаев ручные виброопасные машины генерируют вибрацию, уровни колебательной скорости которой значитльно превышают допустимые нормами величины. Для пневмотрамбовок, гайковертов, горных сверл характерна вибрация с высокими уровнями в области низких частот. Вибрация пневматических рубильных, клепальных молотков, бурильных перфораторов, шлифовальных машин, бензомоторных пил характеризуется как средне- и высокочастотная, пневматических отбойных молотков, бурильных перфораторов, ручных вибраторов для уплотнения бетона как низко- , средне- и высокочастотная.

При работе ручных машин ударного и ударно-вращательного действия возникает так называемая отдача.

Отдача - периодический обратимый импульс, характер которого обусловлен конструкцией ручной машины, физическими свойствами обрабатываемого объекта, степенью осевого усиления, прикладываемого оператором.

К усугубляющим воздействие вибрации ручных машин на организм человека относятся шум высокой интенсивности, неблагоприятные метеорологические условия, пониженное и повышенное атмосферное давление и др.

При работе с пневматическими ручными машинами имеет место охлаждение рук отработанным воздухом и холодным металлом корпуса машины.

Общая вибрация.

В соответствии с ГОСТ 12.1.012-90 «ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования безопасности» существуют следующие виды общей вибрации - три категории:

-транспортная вибрация;

-транспортно-технологическая;

-технологическая.

Технологическая вибрация в свою очередь подразделяется на 4 типа:

3а - на постоянных рабочих местах в производственных помещениях, центральных постах управления и др;

3б - на рабочих местах в служебных помещениях на судах;

3в - на рабочих местах на складах, бытовых и других производственных помещениях;

3г - на рабочих местах в заводоуправлениях, КБ, лабораториях, учебных пунктах, ВЦ, конторских помещениях и др. помещениях умственного труда.

К источникам транспортной вибрации относят: тракторы, сельскохозяйственные машины (в том числе комбайны); автомобили грузовые, в том числе тягачи, скреперы, грейдеры, катки; снегоочистители.

К источникам транспортно-технологической вибрации относят: экскаваторы (в том числе роторные), краны промышленные и строительные, машины для загрузки (завалочные) для мартеновских печей в металлургическом производстве; горные комбайны, шахтные погрузочные машины, самоходные бурильные каретки; путевые машины, бетоноукладчики, напольный производственный транспорт.

К источникам технологической вибрации относят: станки металло- деревообрабатывающие, кузнечно-прессовое оборудование, литейные машины, электрические машины, насосные агрегаты и вентиляторы, оборудование для бурения скважин, буровые станки, машины для животноводства, очистки и сортировки зерна(сушилки), оборудование промышленности стройматериалов, установки химической и нефтехимической промышленности.

Действие вибрации на организм.

Характер воздействия на организм производственной вибрации определяется уровнями, частотным спектром, физиологическими свойствами тела человека. Местная вибрация малой интенсивности может оказывать благоприятное воздействие на организм человека: восстановить трофические изменения, улучшить функциональное состояние центральной нервной системы, ускорить заживление ран и т.п. При увеличении интенсивности колебаний и длительности их воздействия возникают изменения, приводящие в ряде случаев к развитию профессиональной патологии - вибрационной болезни.

В производственных условиях ручные машины с максимальным уровнем виброскорости в полосах низких частот (до 35 Гц), вызывают вибрационную патологию с преимущественным поражением нервно-мышечного аппарата. При работе с ручными машинами, вибрация которых имеет максимальный уровень энергии в областях спектра 35-250 Гц, наблюдаются преимущественно сосудистые расстройства с наклонностью к спазму периферических сосудов.

К основным проявлениям вибрационной патологии относятся нейрососудистые расстройства рук, сопровождающиеся интенсивными болями после работы и по ночам, снижением всех видов кожной чувствительности, слабостью в кистях рук. Нередко наблюдается так называемый феномен мертвых или белых пальцев. Параллельно развиваются мышечные и кожные изменения, а также расстройства нервной системы по типу неврозов.

Изменение костно-мышечной системы обусловлены как нарушениями нервно-сосудистой регуляции (в том числе и рефлекторного характера), так и непосредственным влиянием хронической микротравмы. При рентгеновских исследованиях в костях и суставах обнаруживаются явления функциональной перестройки в костной ткани: при длительном действии вибрации выявляются кистовидные образования в костях, резорбция бугристости ногтевых фаланг, региональный остеопороз, эностозы, эпикондилиты, явления септического некроза, деформирующего остеоартроза.

Одним из ранних признаков вибрационной патологии у операторов, работающих с ручными машинами, считается изменение кожного анализатора - повышение порогов вибрационной чувствительности. Степень изменения вибрационной чувствительности определяется параметрами вибрации, длительностью воздействия, а также наличием сопутствующих факторов производственной среды (охлаждение рук, мышечная нагрузка).

Наиболее характерными проявлениями вибрационной болезни считают периферические нейрососудистые расстройства верхних конечностей. Эти нарушения отчетливо проявляются в изменении кровенаполнения тканей предплечья, пальцев кисти, а также в изменении реактивности сосудов и общей дистонии.

Низкочастотная общая вибрация вызывает длительную травматизацию межпозвоночных дисков и костной ткани, смещение органов брюшной полости, изменение моторики гладкой мускулатуры желудка и кишечника, возникновение и прогрессирование дегенеративных изменений позвоночника.

У женщин, подвергающихся длительному воздействию общей вибрации отмечается повышенная частота гинекологических заболеваний, самопроизвольных абортов, преждевременных родов; низкочастотная вибрация вызывает у женщин нарушение кровообращения органов малого таза.

Длительное действие общей вибрации может привести к развитию вибрационной болезни. Для ее клинической картины характерны явления периферического вегетативного полиневрита в сочетании с функциональными изменениями ЦНС (астенические и астеноневрические реакции, головокружение, эмоциональная неустойчивость), а при выраженных формах - изменения вестибулярного аппарата.

Нормирование.

Для санитарного нормирования и контроля вибраций используются среднеквадратичные значения виброускорения и виброскорости, а также их логарифмические уровни в децибелах. ГОСТ 12.1.012-90.

Общая вибрация нормируется в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 1, 2, 4, 8, 16, 32, 63 Гц и в 1/3 октавных полосах со среднегеометрическими частотами 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; ...40; 50; 63; 80 Гц.

Локальная вибрация нормируется в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 8, 16, 32, 63, 120, 250, 500, 1000 Гц.

Допустимые значения основных параметров вибрации

vср-геом,Гц	ав, м/с2	vв м/с2	Lv, Дб
2	0,14	1,3	108
4	0,1	0,43	99
8	0,11	0,22	93
16	0,2	0,2	92
32	0,4	0,2	92
64	0,8	0,2	92

Методы и средства защиты от вибрации.

К работе с вибрирующими машинами и виброоборудованием допускаются лица не моложе 18 лет.

Для борьбы с вибрацией машин и оборудования и защиты работающих от вибрации используют различные методы. Борьба с вибрацией в источнике возникновения связана с установлением причин появления механических колебаний и их устранением, например, замена кривошипных механизмов равномерно вращающимися, тщательный подбор зубчатых передач, балансировка вращающихся масс и т.д.

Для снижения вибрации широко используют эффект вибродемпфирования - превращения энергии механических колебаний в другие виды энергии, чаще всего в тепловую. С этой целью в конструкции деталей, через которые передается вибрация, применяют материалы с большим внутренним трением, специальные сплавы, пластмассы, резины, вибродемпфирующие покрытия. Для предотвращения общей вибрации используют установку вибрирующих машин и оборудования на самостоятельные виброгасящие фундаменты. Для ослабления передачи вибрации от источников ее возникновения полу, рабочему месту, сиденью и т.д. широко применяют методы виброизоляции. Для этого на пути распространения вибрации вводят дополнительную упругую связь в виде виброизоляторов из резины, пробки, войлока, асбеста, стальных пружин. В качестве средств индивидуальной защиты работающих используют специальную обувь на массивной резиновой подошве. Для защиты рук служат рукавицы, перчатки, вкладыши и прокладки, которые изготавливают из упругодемпфирующих материалов.

Важным для снижения опасного воздействия на организм человека является 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.