Механические и акустические колебания

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ	3
1.  МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ	4
1.1. Вибрации	4
1.2. Воздействие вибрации  на человека	5
1.3. Методы и средства  защиты от вибрации	10
2.  АКУСТИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ	12
2.1. Шум	12
2.2. Ультразвук	16
2.3. Инфразвук	17
2.4. Методы и средства защиты от шума	18
3.  УДАРНАЯ ВОЛНА	20
ЗАКЛЮЧЕНИЕ	22
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ	23

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Негативные факторы, воздействующие на людей, подразделяются на естественные, т.е. природные, и антропогенные – вызванные деятельностью человека.

В соответствии с ГОСТ 12.0.003-91 "Опасные  и вредные производственные факторы" все возникающие в производственных условиях опасные и вредные факторы  подразделяются по природе действия на следующие группы: биологические, психологические, физические, химические.

Среди физических факторов выделяют механические и акустические колебания. Они относятся к наиболее опасным и вредным факторам. По негативному влиянию на человека и окружающую среду колебания находятся на втором месте после повышенной запыленности.

В рамках данной работы рассмотрим влияние  механических и акустических колебаний  на человека и окружающую среду. А  также рассмотрим основные средства и методы защиты от них.

 

1. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ

Механические  колебания – это периодически повторяющиеся движения, вращательные или возвратно-поступательные. Любой процесс механических колебаний можно свести к одному или нескольким гармоническим синусоидальным колебаниям, которые характеризуются амплитудой, равной максимальному отклонению от положения равновесия; скоростью колебаний; ускорением; периодом колебаний, равным времени одного полного колебания; частотой колебаний, равной числу полных колебаний за единицу времени.

 

1. Вибрации.

Разновидностью механических колебаний является вибрация – это малые механические колебания, возникающие в упругих телах под воздействием переменных сил, которые идеально уравновесить практически невозможно. Например, вибрация по земле распространяется в виде упругих волн и вызывает колебания зданий и сооружений.

Транспорт, все виды техники, имеющие движущиеся узлы, создают  механические колебания. Увеличение быстродействия и мощности техники привело к  резкому повышению уровня вибрации.

Так, электродвигатель передает на фундамент вибрацию, вызываемую неуравновешенным ротором. Идеально уравновесить элементы механизмов практически невозможно, поэтому в механизмах с вращающимися частями почти всегда возникает  вибрация. Резонансная вибрация вагона возникает в результате близости частоты силы воздействия на стыках рельсов к собственной частоте  вагона. Вибрация по земле распространяется в виде упругих волн и вызывает колебания зданий и сооружений.

Вибрация машин может приводить к нарушению функционирования техники и вызвать серьезные аварии. Установлено, что вибрация является причиной 80% аварий в машинах, в частности, она приводит к накоплению усталостных эффектов в металлах, появлению трещин.

При воздействии вибрации на человека наиболее существенно то, что тело человека в данном случае является сложной динамической системой, которая меняется в зависимости от позы человека, его состояния (расслабленности или напряженности) и других факторов. Для такой системы существуют опасные, резонансные частоты, и если внешние силы воздействуют на человека с частотами, близкими или равными резонансным, то резко возрастает амплитуда колебаний как всего тела, так и отдельных его органов. Для тела человека в положении сидя резонанс наступает при частоте 4 – 6 Гц, для головы – при 20 – 30 Гц, для глазных яблок – при 60 – 90 Гц. При этих частотах интенсивная вибрация может привести к травмам позвоночника и костной ткани, расстройству зрения, у беременных женщин вызвать преждевременные роды.

Колебания вызывают в тканях организма переменные механические напряжения, которые улавливаются множеством рецепторов и трансформируются в  энергию биоэлектрического и  биохимического процессов. Информация о действующей на человека вибрации воспринимается вестибулярным аппаратом, который располагается в височной кости черепа и состоит из преддверия и полукружных каналов, расположенных  во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Вестибулярный аппарат обеспечивает анализ положений и перемещений  головы в пространстве, активизацию  тонуса мышц и поддержание равновесия тела. Перевозбуждение рецепторов выражается в так называемой «воздушной» или «морской» болезни.

При широком спектре воздействующих на человека вибраций вестибулярный аппарат может давать ложную информацию. Такая ложная информация вызывает состояние укачивания у некоторых людей, дезорганизует работу многих систем организма, что необходимо учитывать при профессиональной подготовке.

 

2. Воздействие вибрации на человека.

Воздействие вибрации на человека классифицируют: по способу передачи колебаний; по направлению действия вибрации; по временной характеристике вибрации.

В зависимости от способа  передачи колебаний человеку, вибрацию подразделяют на общую, передающуюся через  опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека, и локальную, передающуюся через руки человека. Вибрация, воздействующая на ноги сидящего человека, на предплечья, контактирующие с вибрирующими поверхностями рабочих  столов, также относится к локальной.

По направлению действия вибрацию подразделяют на: вертикальную, распространяющуюся по оси X, перпендикулярной к опорной поверхности; горизонтальную, распространяющуюся по оси Y, от спины к груди; горизонтальную, распространяющуюся по оси Z, от правого плеча к левому плечу.

По временной характеристике различают: постоянную вибрацию, для  которой контролируемый параметр за время наблюдения изменяется не более  чем в 2 раза (6 дБ); непостоянную вибрацию, изменяющуюся по контролируемым параметрам более чем в 2 раза.

Вибрация относится к  факторам, обладающим высокой биологической  активностью. Выраженность ответных реакций  обусловливается главным образом  силой энергетического воздействия  и биомеханическими свойствами человеческого  тела как сложной колебательной  системы. Мощность колебательного процесса в зоне контакта и время этого  контакта являются главными параметрами, определяющими развитие вибрационных патологий, структура которых зависит  от частоты и амплитуды колебаний, продолжительности воздействия, места  приложения и направления оси  вибрационного воздействия, демпфирующих свойств тканей, явлений резонанса  и других условий.

Между ответными реакциями  организма и уровнем воздействующей вибрации нет линейной зависимости. Причину этого явления видят  в резонансном эффекте. При повышении  частот колебаний более 0,7 Гц возможны резонансные колебания в органах человека. Резонанс человеческого тела, отдельных его органов, наступает под действием внешних сил при совпадении собственных частот колебаний внутренних органов с частотами внешних сил. Область резонанса для головы в положении сидя при вертикальных вибрациях располагается в зоне между 20...30 Гц, при горизонтальных – 1,5...2 Гц.

Особое значение резонанс приобретает по отношению к органу зрения. Расстройство зрительных восприятий проявляется в частотном диапазоне  между 60 и 90 Гц, что соответствует  резонансу глазных яблок. Для  органов, расположенных в грудной  клетке и брюшной полости, резонансными являются частоты 3 – 3,5 Гц. Для всего тела в положении сидя резонанс наступает на частотах 4 – 6 Гц.

Вибрационная патология  стоит на втором месте (после пылевых) среди профессиональных заболеваний. Рассматривая нарушения состояния  здоровья при вибрационном воздействии, следует отметить, что частота  заболеваний определяется величиной  дозы, а особенности клинических  проявлений формируются под влиянием спектра вибраций. Выделяют три вида вибрационной патологии от воздействия  общей, локальной и толчкообразной вибраций.

При действии на организм общей  вибрации страдает, в первую очередь, нервная система и анализаторы: вестибулярный, зрительный, тактильный. Вибрация является специфическим раздражителем  для вестибулярного анализатора, причем линейные ускорения – для отолитового  аппарата, расположенного в мешочках преддверия, а угловые ускорения  – для полукружных каналов  внутреннего уха.

У рабочих вибрационных профессий  отмечены головокружения, расстройство координации движений, симптомы укачивания, вестибуло-вегетативная неустойчивость. Нарушение зрительной функции проявляется  сужением и выпадением отдельных  участков полей зрения, снижением  остроты зрения, иногда до 40 %, субъективно  – потемнением в глазах. Под  влиянием общих вибраций отмечается снижение болевой, тактильной и вибрационной чувствительности. Особенно опасна толчкообразная вибрация, вызывающая микротравмы различных  тканей с последующими реактивными  изменениями. Общая низкочастотная вибрация оказывает влияние на обменные процессы, проявляющиеся изменением углеводного, белкового, ферментного, витаминного и холестеринового обменов, биохимических показателей крови.

Вибрационная болезнь  от воздействия общей вибрации и  толчков регистрируется у водителей  транспорта и операторов транспортно-технологических  машин и агрегатов, на заводах  железобетонных изделий. Для водителей  машин, трактористов, бульдозеристов, машинистов экскаваторов, подвергающихся воздействию низкочастотной и толчкообразной вибраций, характерны изменения в  пояснично-крестцовом отделе позвоночника. Рабочие часто жалуются на боли в  пояснице, конечностях, в области  желудка, на отсутствие аппетита, бессонницу, раздражительность, быструю утомляемость. В целом картина воздействия  общей низко- и средне- частотной вибрации выражается общими вегетативными расстройствами с периферическими нарушениями, преимущественно в конечностях, снижением сосудистого тонуса и чувствительности.

Бич современного производства, особенно машиностроения – локальная  вибрация. Локальной вибрации подвергаются главным образом люди, работающие с ручным механизированным инструментом. Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов кисти, предплечий, нарушая  снабжение конечностей кровью. Одновременно колебания действуют на нервные  окончания, мышечные и костные ткани, вызывают снижение кожной чувствительности, отложение солей в суставах пальцев, деформируя и уменьшая подвижность  суставов.

Колебания низких частот вызывают резкое снижение тонуса капилляров, а  высоких частот – спазм сосудов.

Сроки развития периферических расстройств зависят не столько  от уровня, сколько от дозы (эквивалентного уровня) вибрации в течение рабочей  смены. Преимущественное значение имеет  время непрерывного контакта с вибрацией  и суммарное время воздействия  вибрации за смену. У формовщиков, бурильщиков, заточников, рихтовщиков при среднечастотном  спектре вибраций заболевание развивается  через 8...10 лет работы. Обслуживание инструмента ударного действия (клепка, обрубка), генерирующим вибрацию среднечастотного диапазона (30...125 Гц), приводит к развитию сосудистых, нервно-мышечных, костно-суставных и других нарушений через 12...15 лет. При локальном воздействии низкочастотной вибрации, особенно при значительном физическом напряжении, рабочие жалуются на ноющие, ломящие, тянущие боли в верхних конечностях, часто по ночам. Одним из постоянных симптомов локального и общего воздействия является расстройство чувствительности. Наиболее резко страдает вибрационная, болевая и температурная чувствительность.

К факторам производственной среды, усугубляющим вредное воздействие  вибраций на организм, относятся чрезмерные мышечные нагрузки, неблагоприятные микроклиматические условия, особенно пониженная температура, шум высокой интенсивности, психоэмоциональный стресс. Охлаждение и смачивание рук значительно повышают риск развития вибрационной болезни за счет усиления сосудистых реакций. При совместном действии шума и вибрации наблюдается взаимное усиление эффекта в результате его суммации, а возможно, и потенцирования.

Усугубляющее влияние  сопутствующих факторов учитывается  при расчете показателей вероятности вибрационной болезни.

Длительное систематическое  воздействие вибрации приводит к  развитию вибрационной болезни (ВБ), которая  включена в список профессиональных заболеваний. Эта болезнь диагностируется, как правило, у работающих на производстве. Лица, подвергающиеся воздействию вибрации окружающей среды, чаще болеют сердечно-сосудистыми и нервными заболеваниями и обычно предъявляют много жалоб общесоматического характера.

Гигиеническое нормирование вибраций регламентирует параметры производственной вибрации и правила работы с виброопасными механизмами и оборудованием, ГОСТ 12.1.012–90 «ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования», Санитарные нормы СН 2.2.4/2.1.8.556–96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий». Документы устанавливают: классификацию вибраций, методы гигиенической оценки, нормируемые параметры и их допустимые значения, режимы труда лиц виброопасных профессий, подвергающихся воздействию локальной вибрации, требования к обеспечению вибробезопасности и к вибрационным характеристикам машин.