Контрольні питання

1. Якими основними параметрами можна охаракте­ризувати вібрацію виробничих машин і механізмів?

2. Яка буває вібрація залежно від характеру дії на організм?

3. Як діє вібрація на організм людини?

4. Як здійснюється нормування параметрів вібрації?

5. Які методи віброзахисту використовують при від­критій розробці?

6. Назвіть найефективніші заходи та засоби про­філактики вібраційної хвороби.

2.4. Захист від виробничого шуму

2.4.1. Фізичні та фізіологічні характеристики шуму

Технічний процес видобутку корисних копалин, так само як і їх переробки, пов'язаний із використанням різ­них машин, механізмів, інструментів, експлуатація яких супроводжується інтенсивним шумом, що значно погіршує умови праці. Шуми, які виникають під час роботи машин і устаткування, можуть бути механічного або аеродинамічного походження. Звук або шум виникає при механічних коливаннях твердих тіл у рідинному та газоподібному середовищі. Джерелом механічного шуму є коливання, що виникають під час роботи робочих органів ходової частини коробки передач, трансмісій пересувних і стаціонарних гірничих машин та механізмів. Аеродинамічний шум виникає при великій швидкості руху та пульсації тиску газів і повітря.

З фізіологічної точки зору шум розуміють як несприятливе поєднання звуків різної інтенсивності, частоти і тиску, що впливають на організм людини, заважають працювати і відпочивати.

Звукові коливання у будь-якому середовищі виникають при порушенні його стаціонарного стану впливом збуджуючої сили. Частинки середовища починають коливатися відносно положення рівноваги, створюючи хвилі звукових пружних деформацій – це і є звукове поле. Звукове поле характеризується звуковим тиском Р, Па; коливальною швидкістю V, м/с; інтенсивністю І, Вт/м²; частотою f, Гц.

Звуковий тиск – це різниця між миттєвим значенням повного тиску і його середнім значенням, який спостерігається в середовищі за відсутності звукового поля. Швидкість поширення звукових хвиль залежить від пружних властивостей, температури і щільності середовища, в яко­му вони поширюються. Швидкість поширення звукових хвиль у повітрі при температурі +20°С, тиску 0,1013 МПа приблизно дорівнює 344 м/с, у сталі – 5000, у рідині – 1500, у бетоні – 4000 м/с.

Інтенсивність звуку – це середній потік звукової енергії, що переноситься звуковою хвилею через одиницю поверхні перпен-дикулярно напрямку поширення звукової хвилі:

I=W₃/S, (2.5)

де W₃ – потік звукової енергії, Вт; S – площа, м².

Мінімальний звуковий тиск Р₀ та мінімальну інтенсивність звуку І₀, що сприймає людина як звук, називають порогом чутливості. Звуковий тиск, що спричиняє біль, називають больовим порогом. При частоті 1000 Гц інтенсивність на порозі чутливості становить I_о=10^-12 Вт/м², звуковий тиск – Р₀=210^-5 Па. Больовим відчуттям відповідають I = 10² Вт/м² за інтенсивністю звуку і P=210² Па за звуковим тиском. Різниця між больовим порогом чут­ливості й порогом чутливості дуже велика (інтенсивність звуку на порозі больового відчуття в 10¹⁴ разів перевищує інтенсивність відчуття /₀). Для кількісної характеристики умов праці за шуму введено рівні інтенсивності (рівні звукового тиску) – десятинний логарифм відношення фактичного середньоквадратичного значення інтенсивності звуку І (звукового тиску Р) до /₀ чи Р₀ відповідно. За логарифмічною шкалою збільшення інтенсивності звуку в 10 разів відповідає приросту інтенсивності звуку на І одиницю, за яку взято 1Б (бел). Одному белу відповідає збільшення інтенсивності звуку I порівняно з початковою в 10 разів. Якщо I/I₀ = 100, рівень інтенсивності буде 2 Б, якщо I/I₀ = 1000 – 3 Б.

Вухо людини здатне сприймати зміну рівня сили звуку в 10 разів меншу за бел, тому в практиці акустичних вимірювань і розрахунків використовують величину 0,1 Б, що має назву децибел (дБ).

Рівень інтенсивності звуку L_I в дБ визначають за формулою:

L_I = 10lg·I/I₀, (2.6)

де І – інтенсивність звуку в даній точці, Вт/м².

Оскільки інтенсивність звуку пропорційна квадрату звукового тиску, то рівень звукового тиску L_p в дБ дорівнюватиме:

L_р = 1lgР/Р₀² = 20lgР/Р₀ (2.7)

Рівень інтенсивності звуку використовують при акустичних розрахунках, а рівень звукового тиску – при вимірюванні шуму, оцінці його дії на людину, оскільки орган слуху чутливий не до інтенсивності звуку, а до середньоквадратичного звукового тиску.

У кар'єрах та у виробничих приміщеннях знаходяться, як правило, кілька джерел шуму, кожний з яких впливає на загальний рівень звукового тиску. Сумарний рівень звукового тиску Ls від однакових за інтенсивністю джерел визначається за формулою:

L_S = L+10lg n, (2.8)

де L – рівень звукового тиску одного джерела, дБ; п – кількість джерел.

Якщо одночасно працює декілька джерел шуму, з метою суттєвого зниження рівня шуму доцільно вжити заходів зниження шуму найпотужнішого джерела.

Дія шуму на людину залежить від рівня звукового тиску. Слуховий апарат неоднаково чутливий до звуків різної частоти. Високочастотні шуми при однакових інших параметрах більш несприятливо впливають на організм людини.

Порівняння за суб'єктивним відчуттям рівнів інтенсивності звуку різної частоти з рівнем інтенсивності звуку частотою 1000 Гц дає змогу побудувати криві однакової гучності (рис. 2.5). Наприклад, звук частотою 100 Гц і рівнем інтенсивності 60 дБ відчувається вухом у відношенні гучності так, як звук частотою 1000 Гц рівнем інтенсивності 40 дБ.

Нижче наведені рівні інтенсивності звуку для деяких джерел шуму:

1 20 100 500 1000 5000 10000 f, Гц

Рис. 2.5. Графіки кривих однакової гучності

Джерела шуму	Рівень інтенсивності звуку
Серцебиття людини	10 дБ
Гучна розмова на відстані 1 м	40-70 дБ
Шум на вулиці	60-75 дБ
Відбійний молоток	92-101 дБ
Бурові машини на відстані 10 м	108-118 дБ
Турбокомпресори	100-118 дБ
Каменеподрібнювач	100-125 дБ
Вентилятор	80-105 дБ
Реактивний двигун на відстані 2-3 м	120-140 дБ

Вухо людини може сприймати лише ті коливання, частота яких становить 20-20000 Гц. Найчутливішими для людини є звуки середніх і високих частот (800-4000 Гц). Коливання з частотою нижче 20 Гц – інфразвукові, а понад 20000 Гц – ультразвукові, вони не викликають звукового відчуття, але чинять шкідливу біологічну дію на організм людини.

Залежно від того, на якій частоті буде максимум звукового тиску, характер спектру може бути низькочастотним (менше 300 Гц), середньо- (300-800 Гц) і високочастотним (понад 800 Гц). Весь слуховий діапазон частот поділяють на 8 звукових октав, для кожної октави обчислюється середньогеометричне значення частоти f_с.г:

, (2.9)

де f, f₂ – відповідно нижня і верхня границі октавної смуги за частотою, Гц.

Значення для восьми стандартизованих октавних смуг дорівнюють 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

Відповідно до класифікації шумів (ГОСТ 12.1.003-83) за характером спектра шум поділяють на широкосмуговий і тональний. Широкосмуговий шум має безперервний спектр шириною одну октаву. Тональний шум має спектр з відчутними дискретними тонами, в ньому складові тони відділені один від одного значними інтервалами. За часовими характеристиками шуми поділяють на постійні й непостійні. Постійним називають такий шум, рівень звуку якого за 8-годинний робочий день змінюється в часі не більше, ніж на 5 дБА; непостійним – більше, ніж на 5 дБА.

Відповідно до наведених частотних і часових характеристик шуму в нормативні рівні шуму вносяться поправки – для тональних і непостійних шумів норми на 5 дБА нижчі, тому що ці шуми більш несприятливі для людини.