Федеральное агентство железнодорожного транспорта Уральский государственный университет путей сообщения Кафедра Техносферная безопасность
Скачать 4.84 Mb.
|
Лабораторная работа 2. Производственный шумЦель работы: закрепить знания о физической сущности шума и методах нормирования и измерения, привить практические навыки работы с приборами для измерения шума. Теоретическая частьОбщие сведения о производственном шумеИнтенсификация производственных процессов часто осуществляется за счет увеличения мощностей машин и механизмов, скоростей движения их ра- бочих органов, повышения скоростей обработки и межоперационной транспор- тировки обрабатываемых деталей и материалов. Это, в свою очередь, приводит к возрастанию в производственных помещениях шума, который является одним из наиболее распространенных вредных производственных факторов. Шум ока- зывает физиологическое и психологическое воздействие на организм человека. Шум как гигиенический фактор – это совокупность звуков различной час-тоты и интенсивности, которые воспринимаются органами слуха человека и вызывают неприятное субъективное ощущение. Шум как физический фактор представляет собой волнообразно распро- страняющееся механическое колебательное движение упругой среды, носящее обычно случайный характер. Производственным шумом называется шум на рабочих местах, на участ- ках или на территориях предприятий, который возникает во время производст- венного процесса. Под его действием у человека повышается утомляемость, снижается производительность труда, ухудшается разборчивость речи и вос- приятие звуковых сигналов, нарушаются процессы пищеварения и кровообра- щения, ослабевает цветовосприятие. Таким образом, под шумом понимают случайное сочетание звуков раз-личных частот и силы, мешающих восприятию полезных звуков или нарушающих ти- шину, а также звуки, оказывающие вредное или раздражающее действие на ор- ганизм человека. Человеческое ухо – сложный орган, определенные части которого могут пострадать под воздействием громких звуков. Во внутреннем ухе находятся чувствительные клетки, которые преобразовывают звук в нервные импульсы, воспринимаемые мозгом. Под воздействием громких звуков эти чувствитель- ные клетки могут быть повреждены или разрушены. Восстановлению эти клет- ки не подлежат, в результате возникает постоянное снижение слуха, т. е. про- фессиональное заболевание – тугоухость. Одно из наиболее отрицательных влияний шума – его аккумулятивный эф- фект. Шумовое раздражение накапливается и происходит угнетающее воз- действие на нервную систему, начинаются нервно-психологические заболевания. Человеческое ухо воспринимает звуки частотой от 20 до 20000 Гц. При решении практических проблем снижения шума используют более узкий диа- пазон частот; примерно от 60 до 10 000 Гц. Хорошо воспринимаются звуки частотой от 3000 до 5000 Гц (3–5 кГц), эти же звуки производят большое утом- ляющее действие на человека. Звуки с частотой ниже 20 Гц называются инфразвуком, с частотой выше 20000 Гц – ультразвуком. Различают следующие виды шума: воздушный, структурный и ударный. Воздушный шум – это шум, который передается волновыми колебаниями воздуха, через открытую дверь, окно, вентиляционный канал, щели, дыры, по- ры в стенах и перекрытиях квартиры или дома. Структурный шум – шум, передающийся волновыми колебаниями час- тиц структуры здания и квартиры: стены, перекрытия, трубы, мусоропровод, лифт, т. е., как барабан работают стена, пол, потолок. Ударный шум создается волновыми колебаниями любых частиц от уда- ров по ним. По нашему мнению, этот шум больше относится к природе шума, чем к виду, ведь шум от удара передается и по воздуху, и через структурные элементы здания. Механический шум возникает в результате работы различных механиз- мов с неуравновешенными массами вследствие их вибрации, а также одиноч- ных или периодических ударов в сочленениях деталей сборочных единиц или конструкций в целом. Аэродинамический шум образуется при движении воз- духа по трубопроводам, вентиляционным системам. По характеру нарушения физиологических функций шум разделяется на такой, который мешает (препятствует языковой связи), раздражающий – (вы- зывает нервное напряжение и вследствие этого – снижение работоспособности, общее переутомление), вредный (нарушает физиологические функции на дли- тельный период и вызывает развитие хронических заболеваний, которые непо- средственно связаны со слуховым восприятием: ухудшение слуха, гипертония, туберкулез, язва желудка), травмирующий (резко нарушает физиологические функции организма человека). Физико-физиологические характеристики шумаОсновными физическими параметрами, характеризующими шум в ка- кой-либо точке пространства, с точки зрения охраны труда, являются звуковое давление P, интенсивность звука I, частота f, звуковая мощность W, уровни звукового давления LP, интенсивности LI и мощности L w. Звуковое давление – это переменная составляющая давления воздуха, возникающая в результате колебания источника звука, накладывающаяся на атмосферное давление и вызывающая его флуктуацию (колебание). Таким образом, звуковое давление определяется как разность между мгновенным значением полного давления и средним давлением, которое на- блюдается в среде при отсутствии источника звука. Единица измерения – Па (н/м2). На слух действует квадрат звукового давления 1 T P2 = ∫ P2 (t) dt, (1) To 0 где То – время осреднения, Т = 30–100 мс; Р(t) – мгновенное значение полного звукового давления. При распространении звуковой волны происходит перенос энергии. Ко- личество звуковой энергии, отнесенное к единице поверхности и проходящей в одну секунду в направлении распространения волн, называется интенсивно- стью звука. Интенсивность J и звуковое давление Р связаны между собой соотноше- нием p 2 J = ρ c , (2) где Р – среднеквадратичное значение звукового давления, Па; – плотность среды, кг/м3. с – скорость распространения звука, м/с. Звуковое давление и интенсивность звука являются характеристиками зву- кового поля в определенной зоне пространства и не характеризуют непосредст- венно источник шума. Характеристикой непосредственно источника шума явля- ется его звуковая мощность (W). Эта величина характеризует определенное коли- чество энергии, затрачиваемой источником звука в единицу времени на возбуж- дение звуковой волны. Звуковая мощность источника определяет интенсивность генерируемых волн. Чем выше интенсивность данной волны, тем выше громкость звука. В обычных условиях источник звука излучает энергию независимо от ок- ружающей среды, так же, как электрический камин излучает теплоту. Единицей измерения мощности источника звука является Ватт (Вт). В реальных условиях мощность источника звука изменяется в очень ши- роких пределах: от 10-12 до многих миллионов ватт (табл. 2). В таких же широ- ких пределах изменяются звуковое давление и интенсивность. Таблица 2 Звуковая мощность различных источников
Ухо человека не может определять звуковое давление в абсолютных единицах, но может сравнивать давление различных источников звука. Именно поэтому, а также, учитывая большой диапазон используемого звукового давле- ния для его определения, пользуются относительной логарифмической шкалой, которая позволяет резко сократить диапазон значений измеряемых величин. Каждому делению такой шкалы соответствует изменение интенсивности звука, звукового давления или другой величины не на определенное число единиц, а в определенное число раз. Применение логарифмической шкалы оказалось возможным и удобным благодаря физиологической особенности нашего слуха – одинаково реагиро- вать на относительно равные изменения интенсивности звука. Например, воз- растания интенсивности звука в десять раз (от 0,1 до 1, от 1 до 10 или от 10 до 100 Вт/м2) оцениваются как примерно одинаковые приросты громкости. При увеличении любого числа в одном и том же отношении его логарифм также возрастает на одно и то же число единиц (ℓq 10 = 1, ℓq 100 = 2; ℓq 1000 = 3 и т. д.), что и отражает вышеуказанную особенность слуха. Десятичный логарифм отношения двух интенсивностей звука называют уровнем одной из них по отношению к другой L. Единицей измерения уровня является Бел (Б), ей соответствует отношение уравниваемых интенсивностей, равное 10. Если они отличаются в 100, 1000, 10000 paз, то уровни имеют раз- ницу соответственно в 2, 3, 4 Бел – слишком большая величина, поэтому в практических измерениях пользуются десятыми долями бела – децибелами (дБ). Можно измерять в децибелах не только отношения, но и сами величины интенсивностей или звуковых давлений. В соответствии с требованиями меж- дународной организации по стандартизации (ИСО) условились за нулевой уро- вень звука принять интенсивность, равную J = 10-12 Вт/м2. Это нулевой (поро- говый) уровень звука. Тогда интенсивность любого звука или шума можно за- писать: а) уровень интенсивности звука J Lу 10 lq J, (3) o где Jo – пороговое значение интенсивности, равное 10-12 Вт/м2 , б) уровень звукового давления L 10 lq p 2 p 2 20 lq p , p (4) o o где Ро – пороговое значение звукового давления, равное 2 · 10-5 Па, являющее- ся порогом слышимости при частоте 1000 Гц (установлено международ-ным соглашением). Уровни интенсивности звука и звукового давления связаны следующим образом: L L 10 lq o co , c (5) где о и со – плотность среды и скорость звука при нормальных атмосферных условиях; и с – плотность среды и скорость звука в воздухе при замерах. Пороговые значения Jo подобраны так, что при нормальных атмосфер- ных условиях ( = о и с = со) уровень звукового давления L равен уровню ин- тенсивности Ly (L = Lу) в) уровень звуковой мощности w Lw 10 lq w, (6) o где wо – пороговое значение звуковой мощности, равное 10-12 Вт. Частотный спектр. Зависимость звукового давления или звуковой мощ- ности как физических величин от времени можно представить в виде суммы конечного или бесконечного числа простых синусоидальных колебаний этих величин. Зависимость среднеквадратичных значений этих синусоидальных со- ставляющих (или соответствующих им уровней в децибелах) от частоты назы- вается частотным спектром или просто спектром. Говоря о спектре, необходимо указывать ширину частотных полос, в кото- рых производится определение спектра. Чаще всего применяются октавные и третьоктавные полосы. Октавная полоса (октава) – такая полоса частот, в ко- торой верхняя граничная частота fгр.в в два раза больше нижней fгр.н. В третьок- тавной полосе соотношение равно 1,26. Полоса частот определяется средне- геометрической частотой fср.г. fгр.в. fгр.н . . (7) Значения среднегеометрических и граничных частот октавных полос, принятых для гигиенической оценки шума, приведены в табл. 3. Таблица 3 Среднегеометрические и граничные частоты октавных полос
В практике нормирования и оценки шума под спектром обычно пони- мают зависимость уровней звукового давления в октавных или третьоктавных полосах частот от среднегеометрической частоты этих полос. Спектр представ- ляется в виде таблиц или графиков. Характер спектра, следовательно, и произ- водственного шума, может быть низкочастотным, среднечастотным и высоко- частотным: низкочастотный – спектр с максимумом звукового давления в области частот до 300 Гц; среднечастотный – спектр с максимумом звукового давления в области частот 300 – 800 Гц; высокочастотный – спектр c максимумом звукового давления в области частот свыше 800 Гц. Шумы также подразделяются: на широкополосные, с непрерывным спектром, шириной более одной октавы (шум подвижного состава, водопада); тональные, в спектре которых имеются слышимые дискретные тона (звон, свист, сирена и т. п.). Тональный характер шума устанавливается изме- рением в третьоктавных полосах частот по превышению уровня в одной полосе над соседними не менее чем на 10 дБ. По временным характеристикам шумы разделяются на постоянные, уро- вень которых за восьмичасовой рабочий день изменяется во времени не более чем на 5 дБ, и непостоянные, уровни которых постоянно меняются более чем на 5 Дб. Человек различает звуки по их частоте и громкости. Высоту звука опре- деляет его частота, а громкость – его интенсивность. Чем выше частота, тем бо- лее высоким воспринимается звук. Нормирование шумаНормируемые параметры шума на рабочих местах, жилых и обществен- ных зданиях определены ГОСТ 12.1.003-83, СН 2.2.4/2.8.562-96. Различают два вида нормирования производственного шума: гигиениче- ское и техническое. Под гигиеническим нормированием понимают ограничение эмиссии шума, т. е. ограничение уровней шума, воздействующего на человека, находящегося в зоне действия источников шума. В основу санитарного норми- рования шума положен принцип сохранности слухового восприятия, те уста- новления научно-обоснованных предельно допустимых величин шума, кото- рые при систематическом воздействии в течение многих лет не могут вызвать забо-левания организма человека. Цель гигиенического нормирования – обоснование допустимых уровней и комплекса гигиенических требований, обеспечивающих предупреждение функциональных расстройств и заболеваний. Предметом технического нормирования является ограничение интенсив- ности излучения источников шума из условий обеспечения допустимых уров- ней шума на рабочих местах. Цель технического нормирования – предоставле- ние возможности проектировщикам производственных помещений и потреби- телям машиностроительной продукции подбирать машины и оборудование с требуемыми акустическими характеристиками, а создателям нового оборудо- вания еще на стадии проектирования определять необходимость проведения тех-нических и организационных мероприятий по борьбе с шумом. Норма шума – максимально допустимые уровни звукового давления, воз- действие которого не вызывает негативного и необратимого явления на орга- низм человека. Таким образом, нормы это компромисс между гигиеническими требованиями и техническими возможностями на данном этапе развития тех- ники. Существуют два метода нормирования шума. Нормирование по предельному спектру (спектральная оценка шума). Нормирование уровня звука в дБА (интегральная оценка). В соответствии с рекомендациями ИСО интенсивность шума, действую- щего на органы слуха, оценивается частотной характеристикой предельно до- пустимого уровня звукового давления в девяти октавных полосах со средне- геометрическими частотами (см. выше). Совокупность таких уровней называется предельным спектром. Номер предельного спектра численно равен уровню звукового давления в октановой полосе со среднегеометрической частотой 1000 Гц в спектре допустимых уров- ней шума (например, ПС-60), (рис. 1). Каждая из этих кривых представляет со- бой геометрическое место точек равногромких тонов различной частоты. От- сюда следует, что наибольшим раздражающим эффектом при одинаковых уровнях звукового давления обладает звук, частота которого выше. Метод нормирования постоянного шума в октавных полосах частот явля- ется основным при исследованиях и разработках мероприятий по снижению шума. Способ применим для постоянных шумов и разработан с учетом вось- мичасового рабочего дня. Шум считается допустимым, если измеренные уров- ни звукового давления во всех октавных полосах нормируемого диапазона бу- дут ниже значений, определяемых соответствующим предельным спектром. Нормируемыми параметрами шума являются уровни звукового давления в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 37, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц и эквивалентный (по энергии) уровень звука в деци- белах (шкала А). Допустимые уровни шума на рабочих местах не превышают соответственно 110, 94, 87, 81, 78, 75, 73 дБ, а по шкале А – 80 дБ. Чтобы получить акустическую характеристику помещения или машины, необходимо сделать 9 измерений, т. е. работа становится трудоемкой. Кроме того, данный способ не позволяет производить оценку импульсных шумов, так как он предназначен для измерения только широкополосного шума. Непостоянный шум нормируется общим уровнем звука. При этом мето- де измеряют скорректированный по частоте общий уровень звукового давления во всем диапазоне частот. Поскольку ухо менее чувствительно к низким и более чувствительно к высоким частотам, для получения показаний, соответствующих восприятию человека, в шумомерах используют систему корректированных частотных ха- рактеристик – шкалы А, В, С, D и линейную шкалу, которые отличаются по восприятию. В практике применяется в основном шкала А. Измеряют уровень звука в дБА шумомером со специальной корректи- рующей частотной характеристикой со сниженной чувствительностью на низ- кие частоты (шкала А). Коррекция шумомера по шкале «А» приближено воспринимает ход кри- вой, равной громкости субъективного восприятия с уровнем 40 дБ. В этом слу- чае производится интегральная оценка всего шума, в отличие от спектральной оценки. Характеристика приборов скорректирована по частоте так, что измере- ния по шкале А объективно близки к субъективному восприятию человеком шума. При представлении данных измеренного уровня звукового давления по шкале А результат (называют уровнем звука или шума) записывают с добавле- нием после дБ буквы А – дБА. Нормирование уровня шума в дБА позволяет значительно сократить объем измерений (одно вместо девяти) и упростить об- работку результатов измерений. Этим и объясняется переход многих стран на измерение шума в дБА. Однако у этого способа измерения есть недостаток: не учитывает частотную характеристику шума в случае превышения норм. Этот способ может быть использован для ориентировочной оценки постоянных и непостоянных шумов. Уровень звука связан с предельным спектром зависимо- стью LрP дБА =ПС + 5 . Анализ нормируемых величин показывает, что в основу санитарных норм положены ограничения звукового давления в пределах октав, учет харак- тера шума и особенности туда. Нормы зависят от физических параметров шума и от условий труда, но не зависят от источника шума и в этом отношении яв- ляются универсальными. Значения допустимых уровней звукового давления для постоянных ра- бочих мест приведены в табл. 1 приложения. Эти нормы даны для условия воз- действия шума в течение всего рабочего дня (смены). При времени пребывания на рабочем месте менее 8 часов, допустимые значения уровней звукового дав- ления корректируются. Поправки к октавным уровням даны в табл. 2. прило- жения. По нормативам максимальный уровень звука (шума) в квартирах в зави- симости от типа дома с 7 до 23 часов 50–55 дБ, а с 23 до 7 часов 40–45 дБ. В диапазоне шумового воздействия от 120 дБ до 90 дБ в обязательном порядке необходимо использовать средства защиты слуха – беруши. В диапа- зоне от 70 дБ до 80 дБ желательно использовать беруши. При интенсивности звука шум свыше 90дБ может повредить слух, свыше 140 дБ вызывает БОЛЬ, а в 160 дБ деформируются барабанные перепонки. Суммарный уровень шума нескольких источниковЕсли в точку пространства приходят звуковые волны от нескольких ис- точников, то суммируется их интенсивность, т. е. n J Ji , (8) i 1 где Ji – интенсивность i-го источника шума; n – общее число источников звука. Общий уровень звукового давления определяется по формуле n i . L=10 lq100,1L(9) i=1 Если имеется n одинаковых источников шума, каждый из которых соз- дает уровень звукового давления L1 (L1 = L2 – L1), то суммарный уровень бу- дет L = Li+ 10 lqn. (10) При совместном действии двух источников шума с различными уровня- ми звукового давления L1 и L2 суммарный уровень определяется по формуле L = L1 +L, (11) где L1 – больший уровень звукового давления из двух источников шума, дБ; – L добавка, определяемая по табл. 3 в зависимости от величины разно- сти уровней звукового давления этих источников (L1 – L2), дБ. При нескольких источниках шума суммирование производится последо- вательно, начиная с максимального. Сначала следует определить разность двух складываемых уровней, затем – соответствующую этой разности добавку. По- сле этого добавку следует прибавить к большему из складываемых уровней. Полученный уровень складывают со следующим и т. д. Расчет ожидаемого уровня шумаСоставной частью конструирования машины или транспортного средства является шумовая характеристика. Шумовая характеристика машины согласно ГОСТ 8.055-73 представляет собой совокупность уровней звуковой мощности машины в стандартных октавных полосах частот. Зная шумовую характеристику машины, можно с помощью акустических расчетов найти величину октавного уровня звукового давления на рабочем мес- те. В замкнутом объеме (помещении) акустическое поле, создаваемое источ- ником шума, определяется как прямыми звуковыми волнами, излучаемыми не- посредственно самим источником, так и отраженными от ограждающих объем поверхностей. Добавка для определения суммарного уровня шума Таблица 4
50 Зона прямого звука – часть акустического поля, расположенная вблизи источника шума, которая может рассматриваться как свободное акустическое поле. Зона отраженного звука – часть акустического поля, в котором отражен- ные волны преобладают над прямым звуком. Октавные уровни звукового давления L в дБ в расчетных точках на рабо- чих местах в помещении, в которых один источник шума следует определять: а) в зоне прямого и отраженного звука по формуле L = L + 10lq ⎛ xФ + 4 ψ ⎞ ; (12) p ⎜⎝ б) в зоне прямого звука по формуле S B⎟⎠ L = L p + 10lq x ψ ; S (13) в) в зоне отраженного звука по формуле L = Lp – 10 l q B + 10 lq Ψ + 6, где Lp – октавный уровень звуковой мощности, дБ; х – коэффициент, учитывающий влияние ближнего акустического поля; Ф – фактор направленности источника шума; S – площадь воображаемой поверхности правильной геометрической фор- мы, окружающей источник и проходящей через расчетную точку, м2; В – постоянная помещения; – коэффициент, учитывающий нарушение диффузности звукового поля в помещении. Значения х, Ф, В и ψ определяются по СНиП П-12-77. Экспериментальная частьОписание лабораторной установкиУстановка состоит из звуковой камеры и измерителя шума ИШВ-1 (рис. 2). Рис. 2. Схема установки для исследования шума Установка состоит из звуковой камеры и измерителя шума ИШВ-1 (рис. 2). Звуковая камера представляет собой полугерметичный продолговатый ящик, изготовленный из древесностружечной плиты в два слоя. В нижней час- ти звуковой камеры расположены на пружинах три источника шума (сирена и два звонка). Тумблеры для включения источников шума установлены на на- ружной стороне звуковой камеры. В верхней части камеры установлен конден- саторный микрофон, который соединен с измерительной частью измерителя шума, уста-новленной вне камеры. Для объективного изменения силы шума разработан специальный прибор – шумомер, по свойствам подобен человеческому уху. В настоящее время име- ется много различных модификаций этих приборов: стрелочных и цифровых, бытовых и профессиональных, дорогих и доступных (рис. 3). Рис. 3. Приборы для замера шума Краткая характеристика измерителя шума ИШВ-lПрибор ИШВ-1 обеспечивает измерение среднеквадратичных значений общих и октавных уровней звукового давления от 30 до 130 дБ в диапазоне частот 20–12500 Гц. Шкала индикаторного стрелочного прибора отградуирова- на в децибелах. В приборе применен измерительный конденсаторный микро- фон М-101 для преобразования звуковой энергии в электрическую. Питание прибора осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В 10 %. Входной электрический сигнал от микрофона поступает в предуси- литель, конструктивно соединенный с микрофоном. На входе прибора (лицевая панель на рис. 3) имеется делитель напряжения для деления напряжения вход- ного сигнала от 30 до 90 дБ. Рукоятка переключателя ступеней на панели обо- значена «Делитель 1». Далее сигнал поступает на вход первого усилителя, по- сле усиления – на переключатель «род измерения». После этого сигнал посту- пает на переключатель «делитель II», являющийся делителем напряжения до 40 дБ, а далее – на второй усилитель и стрелочный прибор. Значение измеряемой величины определяется сложением показаний пе- реключателей «делитель 1», «делитель II» и стрелочного прибора. Для измерения уровней звукового давления в октавных полосах в изме- рительном приборе имеются пассивные RC фильтры, настроенные соответст- венно на 31,5 63, 125, 250, 500...8000 Гц. Кроме того, имеются RC фильтры А, В, С с частотными характеристиками, близкими к характеристикам чувстви- тельности уха человека, соответственно при уровнях громкости 40, 70, 90 дБ при частоте 1000 Гц. ИШВ- Питание Частота звук Вибр. вход ЛинКонтБ Отк Медл Ф ка-вы- |