Розрахункова робота № 6. Розрахунок рівні шуму та інтенсивності вібрації, які викоикані різними природними і техногенними джерелами

Мета роботи: розрахувати рівні шуму та інтинсивності вібрації для природних і техногенних джерел.

Теоретичні відомості

Шум і вібрація - це механічні коливання, що розповсюджуються в газоподібному і твердої середовищах. Шум і вібрація різняться між собою частотою коливань.

Шум - безладне сполучення різних по силі і частоті звуків; здатний надавати несприятливу дію на організм. Джерелом шуму є будь-який процес, що викликає місцеву зміну тиску або механічні коливання в жорстких, водянистих або газоподібних середовищах. Джерелами шуму можуть бути движки, насоси, компресори, турбіни, пневматичні та електричні інструменти, молоти, долота, верстати, центрифуги, бункери та інші установки, що мають пересуваються деталі.

Вібрація - це малі механічні коливання, що у пружних тілах під впливом змінних сил. Розрізняють загальну і локальну вібрацію. Загальна вібрація з частотою близькою до власної частоти коливання тіла людини або його органів найбільш небезпечна, так як може викликати механічний розлад або навіть розрив цих органів.

Власні частоти коливань плечей, пояса, голови, стегна людини відносно опорної поверхні (положення “стоячи”) складає 4...6 Гц, голови відносно плечей (положення “сидячи”) 25...30 Гц. Для більшості внутрішніх органів людини власна частота складає 6...9 Гц.

Систематична дія загальної вібрації може стати причиною вібраційного захворювання – стійких зрушень фізіологічних функцій організму, обумовлених загальною дією вібрації на нервову систему людини, яка проявляється у вигляді головного болю, запаморочення голови, порушення серцевої діяльності.

Локальна вібрація викликає спазм судин, внаслідок чого іде порушення постачання крові, діє на нервову систему, м‘язові і кісткові тканини, викликає порушення чутливості шкіри, твердіння сухожиль, м‘язів і посилює відкладення солей в суглобах.

Вібраційне захворювання (віброзахворювання) – професійне захворювання і ефективне лікування якого можливо лише на початкових стадіях. В дуже важких випадках в організмі людини настають безповоротні зміни, які призводять до інвалідності.

Під впливом інтенсивного шуму і вібрації наступають підвищена стомлюваність і дратівливість, поганий сон, головний біль, ослаблення пам'яті, уваги і гостроти зору, що веде до зниження продуктивності праці (в середньому на 10-15%) і часто є причиною травматизму. Вібрація і шум впливають на серцево-судинну, ендокринну і нервову системи, порушують координацію рухів. Адаптація людини до шуму неможлива.

Хід роботи

Вібрація – це коливальні процеси, що відбуваються у механічних системах. Найпростішою формою вібрації є гармонійні синусоїдні коливальні рухи.

Основні параметри синусоїдного коливання: частота в Герцах ();, амплітуда зміщення – А (м або см); коливальна швидкість – V (м/с); прискорення – W (м/с ).

Для синусоїдних коливань швидкість і прискорення визначають за формулами:

;

 

де V₀ = 5х10^-8 м/с, граничне (порогове) значення віброшвидкості; W₀ = 3х10^-4 м/с², граничне (порогове) значення віброприскорення.

Відносні рівні віброшвидкості і рівень віброприскорення , які визначаються відносного опорного значення й вимірюються в децибелах (дБ) визначаються за формулами:

;

де V (м/с) і W (м/с²) – коливальна швидкість і прискорення в точці вимірювання.

Порогове відчуття вібрації виникає тоді коли прискорення її дорівнює 1% від нормального прискорення сил земного тяжіння.

Хворобливе відчуття виникає, коли прискорення становить 5% від прискорення земного тяжіння, тобто при 0,5 м/с². Коливальну швидкість 10^-4 м/с людина сприймає як порогову, а при швидкості 1м/с, виникають хворобливі відчуття.

Величина коливальної енергії поглинутої тілом людини (Q, кгм), прямо пропорційна площі контакту, часу дії та інтенсивності подразника

де S - площа контакту (м² ); Т - тривалість дії (с); І - інтенсивність вібрації, кгм/м /с.

Інтенсивність вібрації, а відтак коливальна енергія прямо пропорційна квадрату коливальної швидкості:

де - середньоквадратичне значення коливальної швидкості, м/с;

- модуль вхідного питомого механічного імпеденса в зоні контакту, кг/с.

Механічний імпеденс визначається як відношення коливальної сили до результуючої коливальної швидкості в точці прикладання цієї сили.

У виробничих умовах майже не зустрічаються прості гармонійні коливання там переважають аперіодичні, квазіперіодичні, імпульсивні або поштовхоподібні вібрації.

За спектральним складом умовно виділяють низьку й високочастотну вібрацію. Вібрація з частотою 16-32 Гц є низькочастотною, а з більшими частотами – високочастотною.

За часовими характеристиками вібрація поділяється на постійну, рівень якої змінюється не більше як на 6дБ за 1хв, і непостійну, що за той же час змінюється більше ніж на 6дБ.

Шум

Більшість виробничих процесів супроводжується дією на працюючих шуму. Мінімальна величина звукової енергії, що сприймається як звук називається слуховим порогом (порогом чутливості) і становить 10 Вт/м (). Мінімальний тиск, який людина сприймає як звук, на частоті 1000 Гц становить Па (). Верхньою межею, за якою звук викликає вже больові відчуття відповідає силі звуку 10 Вт/м , а за звуковим тиском - Па.

Бел і децибел – це умовні одиниці, які показують наскільки даний звук (І) у логарифмічному масштабі перевищує умовний поріг чутливості (). Величини, що вимірюються таким чином, називаються рівнями інтенсивності шуму () або рівнями звукового тиску ():

, або

Сила звуку пропорційна квадрату звукового тиску, тому формула для визначення звукового тиску має такий вигляд:

(Б) або

 

Рівень інтенсивності звуку використовують для акустичних розрахунків, а рівень звукового тиску – при оцінці його дії на організм людини, оскільки орган слуху чутливий не до інтенсивності звуку, а до середньоквадратичного звукового тиску.

 

Таблиця 1. Вихідні дані за рівнями природних шумів (звуків), дБ

Передостання цифра номера залікової книжки	Джерела шуму	Рівень природного шуму, дБ
	Тихий шелест листя дерев
	Стукіт дощових крапель
	Шум морського прибою
	Грім після блискавки
	Зимовий ліс у безвітряну погоду
	Щебетання птахів у лісі
	Шум верхівок сосен у лісі під час вітру	4,5
	Дзюрчання струмка
	Гуркіт водоспаду
	Природні звуки весняного поля	3,5
	Шелест листя
	Шепіт людини (на відстані 1 м)
	Крик, гучна розмова
	Тиша у горах
	Дельфін
	Шум на тихій сільській вулиці	30-40
	Жаба
	Цвіркун
	Шепіт людини (поруч)
	Джміль, комар, бджола
	Гуркіт грому
	Кити
	Папуга
	Сміх (на відстані 1 м)
	Пес
	Кішка
	Хрюкання, стогін
	Тиха розмова
	Вереск
	Плач дитини
	Розмова

Таблиця 2. Вихідні дані за рівнями техногенних шумів (звуків), дБ

Остання цифра номера залікової книжки	Джерела шуму	Рівень техногенного шуму, дБ
	Вибух снаряда
	Важка вантажівка
	Старт космічної ракети
	Рок-музика
	Постріл гвинтівки
	Читальний зал
	Салон автомобіля
	Шепіт (на відстані 1м)
	Зліт реактивного літака
	Відбійний молоток
	Цокання настінного годинника
	Друкарська машинка
	Мотоцикл
	Вертоліт
	Шумова зброя
	Літак на старті
	Грузовий залізничний вагон
	Тиха музика (від радіо)	40-50
	Вагон метро
	Спеціальні сигнали (швидка допомога, пожежники, міліція, служба газу та інші)	116-122
	Невелике торгове піждприємство
	Майстерня
	Оркестр
	Кондиціонер	38-54
	Ударна хвиля від реактивного літака
	Клаксон
	Автомобіль без глушника
	Спортивні ігри (футбол, баскетбол, теніс, хокей)	76, 68, 64, 65
	Ліфт
	Наповнення ванної водою	36-58
	Сміттєприбиральна машина

Порівняння інтенсивності звуків природного та техногенного походження (дані в табл. 1, 2). Яке явище гучніше студент визначає візуально з двох таблиць (1 і 2), після чого, користуючись визначенням бела, знаходить, на скільки дБ та у скільки разів одне явище гучніше за інше.

Приклад порівняння двох явищ по їх гучності:

Тихий шелест листя оцінюється в 1дБ, а голосна розмова в 6,5дБ. Відповідно до бела проводимо розрахунок: 1) lg 10^6,5/10¹=5,5дБ;

2) 10^6,5/10¹=10^5,5=316228; і отримуємо, що розмова „голосніша” за шелест листя на 5,5дБ або в 316 228 разів.

У приміщенні з ПЕОМ мають місце шуми механічного і аеродинамічного походження, широкосмугові із аперіодичним підсиленням під час роботи принтерів. Орієнтовні еквівалентні рівні звукового тиску джерел шуму, що діють на оператора на його робочому місці, представлені в таблиці 3. Допустимий еквівалентний рівень шуму для робочого місця оператора складає 65 дБА [ДСН 3.3.6.042-99].

Таблиця 3. Рівні звукового тиску від різних джерел.

Джерело шуму	Рівень шуму, дБА
Жорсткий диск
Вентилятор
Принтер
Сканер

Розрахунок середнього рівня шуму на робочому місці оператора під час роботи офісної техніки (табл. 3). Рівень шуму, що виникає від декількох некогерентних джерел, що працюють одночасно, підраховується на підставі принципу енергетичного підсумовування рівня інтенсивності окремих джерел:

де Li - рівень звукового тиску і-го джерела шуму; n - кількість джерел шуму.

Підставивши значення рівня звукового тиску для кожного виду устаткування у формулу, отримаємо:

За наявності декількох джерел шуму з однаковим рівнем інтенсивності Li загальний рівень шуму визначають за формулою:

L= Li+ 10lg n

У нашому випадку таких джерел сім, отже загальний рівень шуму буде визначатися так:

L=44,2+ 10lg 7 = 52,7дБ.

Отримані результати розрахунку порівнюється з допустимим значенням рівня шуму для даного робочого місця. Якщо розрахований рівень шуму перевищує допустиме значення, то необхідні спеціальні заходи зі зниження шуму. До них відносяться: облицьовування стін і стелі залу звукопоглинальними матеріалами, зниження шуму в джерелі, правильне планування устаткування і раціональна організація робочого місця оператора.

Завдання:

1. Розрахувати відносні рівні віброшвидкості та віброприскорення, а також Величину коливальної енергії поглинутої тілом людини (Q, кгм).

2. Порівняти інтенсивність шуму від джерел природного і техногенного походження і встановити, в скільки разів одні перевищують інші за гучністю.

3. Розрахувати середній рівень шуму на робочому місці оператора під час роботи офісної техніки.

4. Запропонувати заходи щодо зменшення впливу конкретного досліджуваного шуму та вібрації на організм людини.

Контрольні запитання:

1. Поняття шум та вібрація

2. Поріг чутвивост,і поріг болісного відчуття, звукова хвиля, звукове поле

3. Основні характеристики звуку та параметри вібрації, їх одиниці вимірювання, що таке бел і децибел.

4. Заходи застосовуються для зменшення негативного впливу шуму і вібрації.

 

Література: [1-5]