Механические и акустические колебания

 

3. Методы и средства защиты от вибрации.

Для защиты от вибрации применяют  следующие методы:

• Снижение виброактивности машин – достигается изменением технологического процесса, применением машин, у которых динамические процессы, вызываемые ударами  были бы исключены или снижены (например, замена клепки сваркой).
• Вибродемпфирование – метод снижения вибрации путем усиления в конструкции процессов трения.  Вибродемпфирование осуществляется нанесением на вибрирующие поверхности мягких покрытий (резина, пенопласт).
• Виброгашение – осуществляют установкой агрегатов на массивный фундамент. Этот способ нашел широкое применение при установке тяжелого оборудования (молотов, прессов, насосов и т.п.).
• Виброизоляция заключается в изолировании друг от друга вибрирующих поверхностей с помощью пружин, прокладок или их сочетания.

Рисунок 1. Схема виброизоляции виброактивного оборудования:

 а) опорный вариант;  б) подвесной вариант;

в) виброизоляция вертикальных и горизонтальных колебаний.

 

Рисунок 2. Схема виброизоляции источника вибрации (а) и рабочего места (б)

 

• Средства индивидуальной защиты от вибрации – виброизолирующие рукавицы, перчатки, вкладыши и прокладки. Для ног – виброизолирующая обувь, стельки, подметки.

 

 

 

2. АКУСТИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ

Механические колебания  в упругих средах вызывают распространение  в этих средах упругих волн, называемых акустическими колебаниями.

Физическое понятие об акустических колебаниях охватывает как  слышимые, так и неслышимые колебания  упругих сред. Акустические колебания  в диапазоне 16 Гц - 20 кГц, воспринимаемые человеком с нормальным слухом, называют звуковым, с частотой менее 16 Гц - инфразвуковыми, выше 20 кГц - ультразвуковыми. Распространяясь в пространстве, звуковые колебания создают акустическое поле. Скорость звука в воздухе при нормальных условиях составляет 330 м/с, в воде около 1400 м/с, в стали порядка 5000 м/с.

Ухо человека может воспринимать и анализировать звуки в широком  диапазоне частот и интенсивностей. При восприятии человеком звуки различают по высоте и громкости. Высота звука определяется частотой колебаний: чем больше частота колебаний, тем выше звук. Громкость звука определяется его интенсивностью, выражаемой в ВТ/м². Единица измерения громкости в логарифмической шкале называется децибелом (дБ). Она примерно соответствует минимальному приросту силы звука, различаемому ухом. Область слышимости звуков ограничена двумя пороговыми кривыми: нижняя - порог слышимости, верхняя - порог болевого ощущения. Самые низкие значения порогов лежат в диапазоне 1...5 кГц. Порог слуха молодого человека составляет 0 дБ на частоте 1000 Гц, на частоте 100 Гц порог слухового восприятия значительно выше, так как ухо менее чувствительно к звукам низких частот. Болевым порогом принято считать звук с уровнем 140 дБ, что соответствует звуко-вому давлению 200 Па и интенсивности 100 Вт/м2. Звуковые ощущения оцениваются по порогу дискомфорта (слабая боль в ухе, ощущение касания, щекотания).

 

1. Шум

Шум определяют как совокупность звуков различной частоты и интенсивности, беспорядочно изменяющихся во времени. Для нормального существования, чтобы не ощущать себя изолированным от мира, человеку нужен шум в 10 – 20 дБ. Это шум листвы, парка или леса.

Окружающие человека шумы имеют разную интенсивность: разговорная  речь – 50-60 дБ, автосирена – 100 дБ, шум  двигателя легкового автомобиля – 80 дБ, громкая музыка – 70 дБ, шум  от движения трамвая – 70-80 дБ, шум  в обычной квартире – 30-40 дБ.

К физическим характеристикам  шума относятся: частота, звуковое давление, уровень звукового давления.

По спектральному составу  в зависимости от преобладания звуковой энергии в соответствующем диапазоне  частот различают низко-, средне- и  высокочастотные шумы, по временным  характеристикам – постоянные и  непостоянные, последние, в свою очередь, делятся на колеблющиеся, прерывистые  и импульсные, по длительности действия – продолжительные и кратковременные. С гигиенических позиций придается  большое значение амплитудно-временным, спектральным и вероятностным параметрам непостоянных шумов, наиболее характерных  для современного производства.

Источники шума многообразны. Это аэродинамичные шумы самолетов, рев дизелей, удары пневматического  инструмента, колебания всевозможных конструкций, громкая музыка и многое другое.

Интенсивный шум на производстве способствует снижению внимания и увеличению числа ошибок при выполнении работы, исключительно сильное влияние  оказывает шум на быстроту реакции, сбор информации и аналитические  процессы, из-за шума снижается производительность труда и ухудшается качество работы. Шум затрудняет своевременную реакцию  работающих на предупредительные сигналы  внутрицехового транспорта (автопогрузчиков, мостовых кранов и т. п.), что способствует возникновению несчастных случаев  на производстве.

В биологическом отношении  шум является заметным стрессовым фактором, способным вызвать срыв приспособительных  реакций. Акустический стресс может  приводить к разным проявлениям: от функциональных нарушений регуляции  центральной нервной системы (ЦНС) до морфологически обозначенных дегенеративных деструктивных процессов в разных органах и тканях. Степень шумовой патологии зависит от интенсивности и продолжительности воздействия, функционального состояния ЦНС и, что очень важно, от индивидуальной чувствительности организма к акустическому раздражителю. Индивидуальная чувствительность к шуму составляет 4 – 17%. Считают, что повышенная чувствительность к шуму определяется сенсибилизированной вегетативной реактивностью, присущей 11% населения. Женский и детский организмы особенно чувствительны к шуму. Высокая индивидуальная чувствительность может быть одной из причин повышенной утомляемости и развития различных неврозов.

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.

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 года 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.

Непостоянные шумы делятся  на: колеблющиеся во времени, прерывистые  и импульсные. Нормируемой характеристикой  непостоянного шума является эквивалентный  по энергии уровень звука (дБ А).

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.

 

2. Ультразвук

Ультразвук как упругие  волны не отличается от слышимого  звука, однако, частота колебательного процесса способствует большему затуханию  колебаний вследствие трансформации  энергии в теплоту.

Упругие колебания с частотой более 16000 Гц называются ультразвуком. Мощные ультразвуковые колебания с  частотой 18 – 30 кГц и высокой интенсивности используются в производстве для технологических целей: очистка деталей, сварка, пайка металлов, сверления. Более слабые ультразвуковые колебания используются в дефектоскопии, в диагностике, для исследовательских целей.

Под влиянием ультразвуковых колебаний в тканях организма  происходят сложные процессы: образование  внутри тканевого тепла в результате трения частиц между собой, расширение кровеносных сосудов и усиление кровотока по ним; усиление биохимических  реакций, раздражение нервных окончаний.

Эти свойства ультразвука  используются в ультразвуковой терапии  на частотах 800 – 1000 кГц при невысокой интенсивности 80 – 90 дБ, улучшающей обмен веществ и снабжение тканей кровью.

Повышение интенсивности  ультразвука и увеличение длительности его воздействия могут приводить  к чрезмерному нагреву биологических  структур и их повреждению, что сопровождается функциональным нарушением нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, изменением свойств и состава крови. Ультразвук может разрывать молекулярные связи, - так, молекула воды распадается на свободные радикалы ОН и Н, что  является причиной окисляющего действия ультразвука. Таким же образом происходит расщепление ультразвуком высокомолекулярных соединений. Поражающее действие ультразвук оказывает при интенсивности 120 дБ.

При непосредственном контакте человека со средами, по которым распространяется ультразвук, возникает его контактное действие на организм человека. При  этом поражается периферическая нервная  система и суставы в местах контакта, нарушается капиллярное кровообращение в кистях рук, снижается болевая  чувствительность. Установлено, что  ультразвуковые колебания, проникая в  организм, могут вызвать серьезные  местные изменения в тканях – воспаление, кровоизлияния, некроз (гибель клеток и тканей). Степень поражения зависит от интенсивности и длительности действия ультразвука, а также от присутствия других негативных факторов.

У работающих на ультразвуковых установках отмечают выраженную астению, сосудистую гипотонию, снижение электрической  активности сердца и мозга. Изменения  ЦНС в начальной фазе проявляются  нарушением рефлекторных функций мозга (чувство страха в темноте, в ограниченном пространстве, резкие приступы с учащением  пульса, чрезмерной потливостью, спазмы в желудке, кишечнике, желчном пузыре). Наиболее характерны вегето-сосудистая дистония с жалобами на резкое утомление, головные боли и чувство давления в голове, затруднения при концентрации внимания, торможение мыслительного  процесса, на бессонницу.

Контактное воздействие  высокочастотного ультразвука на руки приводит к нарушению капиллярного кровообращения в кистях рук, снижению болевой чувствительности, т.е. развиваются  периферические неврологические нарушения. Установлено, что ультразвуковые колебания  могут вызывать изменения костной  структуры с разрежением плотности  костной ткани.

Гигиенические нормативы  ультразвука определены ГОСТ 12.1.001-89.

 

3. Инфразвук

Инфразвук – область акустических колебаний с частотой ниже 16...20 Гц. В условиях производства инфразвук, как правило, сочетается с низкочастотным шумом, в ряде случаев – с низкочастотной вибрацией.

Медицинские исследования показали опасность инфразвуковых колебаний  для живых организмов. Невидимые  и неслышимые волны вызывают у  человека чувство глубокой подавленности и необъяснимого страха. Особенно опасен инфразвук с частотой около 8 Гц из-за его возможного резонансного совпадения с ритмом биотоков мозга.

Инфразвук вреден во всех случаях: слабый действует на внутреннее ухо  и вызывает симптомы морской болезни, сильный заставляет внутренние органы вибрировать, вызывает их повреждение  и даже остановку сердца. При воздействии инфразвука на организм уровнем 110 – 150 дБ могут возникать неприятные субъективные ощущения и многочисленные реактивные изменения: нарушения в ЦНС, сердечно-сосудистой и дыхательной системах, вестибулярном анализаторе. Отмечают жалобы на головные боли, головокружение, осязаемые движения барабанных перепонок, звон в ушах и голове, снижение внимания и работоспособности; может появиться чувство страха, сонливость, затруднение речи; специфическая для действия инфразвука реакция – нарушение равновесия. При воздействии инфразвука с уровнем 105 дБ отмечены психофизиологические реакции в форме повышения тревожности и неуверенности, эмоциональной неустойчивости. Инфразвук средней силы может вызвать слепоту.