2. УЛЬТРАЗВУК.

Лекция 6

Акустические колебания. Вибрация

1. Шум. Нормирование и защита.

Шум - беспорядочное сочетание звуков различной частоты.

Звук - это упругие колебания, распространяющиеся волнообразно в газообразной, жидкой и твёрдой среде.

Звуковая волна характеризуется звуковым давлением, длиной волны, частотой и законами распространения.

Звуковое давление - дополнительно возникающее в упругой сфере переменное давление при прохождении через неё звуковых волн.

где F - сила с которой волна действует на поверхность, Н.

S - площадь поверхности, м.

Звук характеризуется интенсивностью потока звуковой энергии.

где p² - cредний квадрат звукового давления,

ρ - плотность среды в которой распространяется звук;

С - скорость звука в этой среде.

Уровень интенсивности (силы) звука определяется по формуле:

где I - измеренная интенсивность звука;

I₀- интенсивность звука на пороге слышимости.

I₀= 10^-12 Вт/м2 при частоте 1000 Гц.

Величина уровня звукового давления

где Р - звуковое давление в данной точке, Па;

Р₀ - пороговое значение звукового давления равное 2·10 Па.

Порог слышимости - на меньшее звуковое давление ощущаемое ухом человека. Пороговая интенсивность звука, Вт/м2.

где ρ ₀ - плотность при н. у.

С₀ - скорость звука в воздухе при н. у.

Р₀ - пороговое звуковое давление.

Частота звуковых колебаний (f), длина волны (x) и скорость распространения звука связаны зависимостью:

Скорость звука: - в воздухе - 340 м/с;

- в воде - 1450 м/с;

- в стали - 5000 м/с.

1. 1. ВОЗДЕЙСТВИЕ ШУМА НА ЧЕЛОВЕКА.

Частота (f) - основная характеристика, по которой человек различает звуки. Чем выше частота - тем выше тон звука.

Человек воспринимает звуковые колебания с частотой 16-20·10Гц(16-16·10³Гц)

Звуковые колебания различных частот при одинаковых уровнях звукового давления по-разному воздействуют на органы слуха человека. Более благоприятно воздействие звуков более высоких частот.

При анализе шума весь слышимый диапазон разбивают на 9 октав по среднегеометрическим частотам: 31, 5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.

Октавная полоса - полоса частот, в которой верхняя граничная частота (f_B) в 2 раза больше нижней (f_H ).

По частоте шумы подразделяются на низкочастотные ( < 400 Гц), среднечастотные (400-1000Гц) и (> 1000Гц).

По характеру спектра шум подразделяется на:

- широкополосный (непрерывный спектр > 1 октавы);

- тональный (в спектре есть выраженные дискретные тона).

По временным характеристикам:

- постоянный - уровень звуков за 8 часов работы не изменяется более чем на 5 дБ;

- непостоянный - уровень звука изменяется более чем на 5 дБ.

Основные факторы, определяющие действие шума на человека:

- уровень звукового давления (дБ);

- характер спектра;

- продолжительность воздействия.

Интенсивный постоянный шум поражает центральную нервную систему (ЦНС), нарушая её регуляторную функцию, приводит к гипертонической болезни сердца, язвенной болезни, неврозам, кожным заболеваниям. При шуме > 140 дБ возможен разрыв барабанных перепонок.

Шум на уровне 30-40 дБ - оказывает беспокоящее действие;

50-60 дБ - создаёт значительную нагрузку на ЦНС;

70 дБ и выше - приводит к изменениям в организме, заболеваниям.

1. 2. Нормирование шума.

Допустимый уровень шума на производстве и в непроизводственной сфере регламентируется в следующих нормативных документах:

• СН 2. 2. 4. /2. 1. 8. 562-96 - Шум на рабочих местах, в помещениях жилых и общественных зданий и на территории жилой застройки. М.: Минздрав России 1996г.

• ГОСТ 12. 1. 003-83 Шум. Общие требования безопасности. М.: Издательство стандартов, 1994г.

При нормировании используются два метода:

1) Нормирование предельных уровней звукового давления в 9 октавных полосах для постоянного широкополосного и непостоянного шума, с учётом характеристики рабочего места и выполняемой работы, дБ.

Для тонального и импульсного шума допустимые уровни уменьшаются на 5дБ.

2) Нормирование общего уровня шума- уровня звука или эквивалентного уровня звука L_экв, дБ.

Это ориентировочная оценка постоянного и непостоянного шума хорошо имитирует чувствительность человеческого уха во всём акустическом диапазоне частот с помощью специальных фильтров характеристики «А», шумомера.

Табл. 1.

Вид трудовой деятельности, рабочие места

Уровень звукового давления (дБ) в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц

Уровни звука и эквивалентные уровни звука, дБА

31, 5

5. Выполнение всех видов работ (за исключением перечисленных в п. п. 1-4 и аналогичных им) на постоянных рабочих местах в производственных помещениях и на территории предприятий

Допустимые уровни звукового давления, уровни звука и эквивалентные уровни звука на рабочих местах.

Измерение уровней звукового давления производится путём измерения шумомером в соответствии с ГОСТ 12. 1. 050-86 (2001). Методы измерения шума на рабочих местах. М: Издательство стандартов. 2001г.

1. 3. Защита от шума.

Методы борьбы с шумом принято разделять на:

- методы снижения шума в источнике его образования;

- методы снижения шума на пути его распространения от источника;

- использование средств индивидуальной защиты (СИЗ).

1) Методы снижения шума в источнике:

- замена возвратно-поступательного движения на вращательное;

- повышение качества балансировки вращающихся частей; класса точности их изготовления;

- улучшение качества смазки и класса чистоты изготовления деталей;

- замена материалов и системы передачи движения ( металл на пластмассы, зубчатую передачу на клиноременную) и т. п.

2) Методы снижения шума на пути его распространения:

- строительно-акустические и архитектурно-планировочные методы ( стенки, перегородки, выгородки, звукоизоляционная облицовка и др. );

- звукоизоляция источников шума (кожуха, кабины, экраны и т. п. );

- поглощение шума (звукоизолирующие облицовки, звукопоглощение объёмное).

3) Средства индивидуальной защиты (ГОСТ 12. 4. 011-89) Средства защиты работающих. Классификация. М.: Издательство стандартов, 1990г.

- вкладыши в слуховой канал (≤ 110 дБА);

- наушники ( закрывает ушную раковину) (100-130дБА);

- шлемы (закрывает голову и ушную раковину) ( > 130 дБА).

2. УЛЬТРАЗВУК.

Ультразвук - область акустических колебаний с частотой выше 20 кГц, неслышимых человеческим ухом.

Распространение ультразвука подчиняется законам, общим для акустических волн
любого диапазона частот. Яр!

Ультразвук широко применяется в различных отраслях промышленности ( металлургии, химической промышленности, машиностроении, радиоэлектронике и др. ), в медицине( диагностика заболеваний, ультразвуковая хирургия, лечение).

Для неразрушающего контроля и в медицине, используется высокочастотный ультразвук, распространяющийся только контактным путём.

Низкочастотный ультразвук, распростронящийся воздушным и контактным путём, используют для активного воздействия на вещества и технологические процессы: механическая и термическая обработка материалов, сварка, обеззараживание, обезжиривание листа в прокате, очистка и др.

2. 1. Воздействие ультразвука на человека.

Ультразвуковые колебания при воздействии на человека могут вызвать следующие эффекты:

- механические, вызывающие смещение тканей;

- физико-химические, приводящие к ускорению биологических процессов;

- кавитации, приводящей к разрушению тканей организма в результате образования и последующего захлопывания парогазовых пузырьков.

Воздействие ультразвуковых колебаний приводит к расстройству ЦНС, сердечнососудистой деятельности, функции щитовидной железы, слухового и вестибулярного аппарата, эндокринной системы и др.

2. 2. Нормирование ультразвука.

Гигиеническое нормирование ультразвука производится на основании СанПиН 2. 2. 4/2. 1. 8. 582-96 «Гигиенические требования при работах с источниками воздушного и контактного ультразвука промьппленного, медицинского и бытового назначения». М: Минздрав России, 1996г.

Табл. 2

Среднегеометрические частоты 1/3 октавных полос, кГц	12, 5	16, 0	20, 0	25, 0	31, 5-100, 0
Уровни звукового давления, дБ

2. 3. Защита от ультразвука.

Для защиты от ультразвука применяют те же методы что и для шума (кабины, кожухи, экраны, стены, специальные помещения), Ограничения воздействия ультразвука при контактном облучении достигается: исключением контакта с рабочей поверхностью и поверхностью источника ультразвука; применение дистанционного управления процессом; автоматизация; применением защиты рук (нарукавники, рукавицы или перчатки).

З. Инфразвук.

Инфразвук - область акустических колебаний с частотой ниже 20 Гц. Источники инфразвука:

- перемещение поверхностей больших размеров (шторм, землятресения, лавины, ураганы);

- дорожное движение машин и механизмов, работы крупных машин;

- вращательное и возвратно-поступательное больших масс со скоростью менее 20 об/с (20 колебаний/сек. ).

Отличительной особенностью инфразвука является малая частота и большая длина волны (от десятков метров до десятков километров). Инфразвук мало поглощается воздухом (8·10^-6 дБ/км) и может огибать любые препятствия, в результате способен распространяться на больше расстояния почти не затухая.

3. 1. Действие инфразвука на человека.

Вредное воздействие инфразвука на организм человека усугубляется тем, что частота инфразвуковых колебаний совпадает с частотой колебаний органов человека, которая находится в диапазоне 4-15 Гц (желудок, печень, сердце, легкие). Частота 7 Гц совпадает а-ритмом биотоков мозга, что вызывает чувство тревоги и страха.

При воздействии повышенных уровней инфразвука наблюдается: Затруднение дыхания; тошнота; озноб, в следствии нарушения терморегуляции организма; нарушение зрительного восприятия; пространственное дезориентация, спутанность мыслей и др.

3. 2. Нормирование инфразвука.

Гигиенические нормы инфразвука установлены СН2. 2. 4/2. 1. 8. 583-96 «инфразвук на рабочих местах, в жилых и общественных помещениях и на территории жилой застройки» М: Минздрав России, 1996г.

Таблица 3. ПДУ инфразвука на рабочих местах и в общественных помещениях

Назначение помещений	Уровни звукового давления, дБ В активных полосах со средне-геометрической частотой, Гц	Общий уровень звукового давления, дБ лин
Назначение помещений		Общий уровень звукового давления, дБ лин
Работа различной степени тяжести (физические работы) в производственных помещениях
Интеллектуально-эмоциональные работы
Общественные помещения

3. 3. Методы борьбы с инфразвуком.

Организация защиты от инфразвука включает следующие меры:

- изоляция объектов источников инфразвука в отдельные помещения;

- повышение частоты вращения и колебаний механизмов с целью ввода их в область слышимых частот;

- повышение жесткости конструкций больших размеров;

- использование средств защиты органов слуха и головы от инфразвука (противошумов, наушников, гермошлемов).

4. Вибрация.

Вибрация - колебание твердого тела около положения равновесия.

Вибрация характеризуется: частотой, амплитудой, скоростью и ускорением.

В соответствии с СН 2. 2. 4/2. 1. 8. 566-96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий» М: Минздрав России, 1996 г.

Вибрация классифицируется следующим образом:

По способу передачи колебаний:

- Общая вибрация - действующая на вес организм человека через опорные поверхности (пол или сиденье);

- Локальная вибрация - действующая на от дельные части тела человека, контактирующие с вибрирующими поверхностями (руки, ноги, предплечья).

Общая на производстве подразделяется на категории:

1 категория - транспортная (транспортные средства);

2 категория - транспортно-технологическая (транспортные средства используемые в технологических процессах: напольный транспорт, краны, экскаваторы и др. );

3 категория - технологическая вибрация (станки, насосы, вентиляторы, вращающиеся печи, дробилки, устройства для уплотнения и др. ).

Локальная на производстве подразделяется на:

- вибрацию от ручного механизированного инструмента;

- вибрацию от органов управления обрабатьгоающих станков, устройств по разрушению, уплотнению и т. п.

По частоте: низкочастотная, среднечастотная, высокочастотная.

4. 1. Воздействие вибрации на человека.

Вибрационная болезнь стоит на втором месте среди профзаболеваний. Заболевание обусловлено воздействием на: ЦНС, нервно-мышечную систему, костно-суставный аппарат, систему желудочно-кишечного тракта и обмен веществ, зрение, слух.

Наиболее опасна вибрация с частотой колебаний 3-10 Гц, которая совпадает с частотой колебания основных органов и систем человека.

Резонансные колебания могут возникнуть при частоте более 0, 7 Гц. Среднечастотная (8-16 Гц) - нарушение сосудистой системы и костно-суставного аппарата.

Высокочастотная (31, 5 - 63 Гц) - спазм сосудов, нарушение мозгового кровообращения.

4. 2. Нормирование вибрации.

Нормирование вибрации осуществляется по СН 2. 2. 4/2. 1. 8. 566-96 и ГОСТ 12. 1. 012-90 -Вибрационная безопасность. Общие требования безопасности.

Установлены предельно-допустимые величины нормируемых параметров локальной и общей вибрации при длительности воздействия 480 мин (ч. )

Локальная вибрация нормируется в октавных полосах со среднегеометрическими частотами: 8; 16; 31. 5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц.

Общая вибрация: 1; 2; 4; 8; 16; 32; 63 Гц.

Основной относительный параметр вибрации - виброскорость.

где v - виброскорость, м/с;

v_Q= 5·10^-6 м/с² - пороговое значение виброскорости.

Нормируется также и виброускорение.

где a₀ - опорное значение виброускорения, м/с²

а₀ = 1·10^-6 м/с²

Допустимые параметры уровня вибрации при сокращённом во времени воздействия вибрации.

где L₄₈₀ - нормируемая величина;

L_r - при сокращённом времени воздействия.

Однако, суммарное время воздействия вибрации не должно 2/3 рабочей смены. Одноразовое - не более 15 - 20 мин.

В течение недели - не более 15-30 рабочего времени.

4. 3. Меры защиты от вибрации.

Защита от вибрации достигается следующими способами:

- снижением виброактивности оборудования (балансировка вращающихся частей; исключением резонансных явлений; вибродемифированием-применение материалов с большим трением);

- виброизоляцией - амортизаторы, виброизоляторы, виброизоляционнные фундаменты;

- виброгашением - с помощью динамических виброгасителей( пружинные, маятниковые, экцентриковые, гидравлические). Крепятся к агрегату и их колебания проходят в противофазе с основным.

- виброизоляцией рабочих мест - виброизоляционные сиденья, площадки.

- СИЗ - антивиброционные перчатки, рукавици, вкладыши в обувь, специальная обувь и т. п.