Методи та засоби колективного та індивідуального захисту від шуму

Боротьба з шумом в джерелі його виникнення. Це найдієвіший спосіб боротьби з шумом. Створюються малошумні механічні передачі, розроблено способи зниження шуму в підшипникових вузлах, вентиляторах.

Зниження шуму звукопоглинанням та звукоізоляцією. Об'єкт, котрий випромінює шум, розташовують у кожусі, внутрішні стінки якого покриваються звукопоглинальним матеріалом. Кожух повинен мати достатню звукопоглинальну здатність, не заважати обслуговуванню обладнання під час роботи, не ускладнювати його обслуговування, не псувати інтер'єр цеху. Різновидом цього методу є кабіна, в котрій розташовується найбільш шумний об'єкт і в котрій працює робітник. Кабіна зсередини вкрита звукопоглинальним матеріалом, щоб зменшити рівень шуму всередині кабіни, а не лише ізолювати джерело шуму від решти виробничого приміщення.

Зниження шуму звукоізоляцією. Суть цього методу полягає в тому, що шумовипромінювальний об'єкт або декілька найбільш шумних об'єктів розташовуються окремо, ізольовано від основного, менш шумного приміщення звукоізолювальною стіною або перегородкою. Звукоізоляція також досягається шляхом розташування найбільш шумного об'єкта в окремій кабіні. При цьому в ізольованому приміщенні і в кабіні рівень шуму не зменшиться, але шум впливатиме на менше число людей. Звукоізоляція досягається також шляхом розташування оператора в спеціальній кабіні, звідки він спостерігає та керує технологічним процесом. Звукоізоляційний ефект забезпечується також встановленням екранів та ковпаків. Вони захищають робоче місце і людину від безпосереднього впливу прямого звуку, однак не знижують шум в приміщенні.

Зниження шуму акустичною обробкою приміщення. Акустична обробка приміщення передбачає вкривання стелі та верхньої частини стін звукопоглинальним матеріалом. Внаслідок цього знижується інтенсивність відбитих звукових хвиль. Додатково до стелі можуть підвішуватись звукопоглинальні щити, конуси, куби, встановлюватись резонаторні екрани, тобто штучні поглиначі. Штучні поглиначі можуть застосовуватись окремо або в поєднанні з личкуванням стелі та стін. Ефективність акустичної обробки приміщень залежить від звукопоглинальних властивостей застосовуваних матеріалів та конструкцій, особливостей їх розташування, об'єму приміщення, його геометрії, місць розташування джерел шуму. Ефект акустичної обробки більший в низьких приміщеннях (де висота стелі не перевищує 6 м) витягненої форми. Акустична обробка дозволяє знизити шум на 8 дБА.

Заходи щодо зниження шуму слід передбачати на стадії проектування промислових об'єктів та обладнання. Особливу увагу слід звертати на винесення шумного обладнання в окреме приміщення, що дозволяє зменшити число працівників в умовах підвищеного рівня шуму та здійснити заходи щодо зниження шуму з мінімальними витратами коштів, обладнання та матеріалів. Зниження шуму можна досягти лише шляхом знешумлення всього обладнання з високим рівнем шуму.

Роботу щодо знешумлення діючого виробничого обладнання в приміщенні розпочинають зі складання шумових карт та спектрів шуму, обладнання і виробничих приміщень, на підставі котрих виноситься рішення щодо напрямку роботи.

Вібрація. Вібрація серед всіх видів механічних впливів для технічних об'єктів найнебезпечніша. Знакозмінні напруження, викликані вібрацією, сприяють накопиченню пошкоджень в матеріалах, появі тріщин та руйнуванню. Найчастіше і досить швидко руйнування об'єкта настає при вібраційних впливах за умов резонансу. Вібрації викликають також й відмови машин, приладів.

За способом передачі на тіло людини вібрацію поділяють на загальну, яка передається через опорні поверхні на тіло людини, та локальну, котра передається через руки людини. У виробничих умовах часто зустрічаються випадки комбінованого впливу вібрації ‑ загальної та локальної.

Вібрація викликає порушення фізіологічного та функціонального станів людини. Стійкі шкідливі фізіологічні зміни називають вібраційною хворобою. Симптоми вібраційної хвороби проявляються у вигляді головного болю, заніміння пальців рук, болю в кистях та передпліччі, виникають судоми, підвищується чутливість до охолодження, з'являється безсоння. При вібраційній хворобі виникають патологічні зміни спинного мозку, серцево-судинної системи, кісткових тканин та суглобів, змінюється капілярний кровообіг.

Функціональні зміни, пов'язані з дією вібрації на людину-оператора ‑ погіршення зору, зміни реакції вестибулярного апарату, виникнення галюцинацій, швидка втомлюваність. Негативні відчуття від вібрації виникають при прискореннях, що складають 5% прискорення сили ваги, тобто при 0,5 м/с². Особливо шкідливі вібрації з частотами, близькими до частот власних коливань тіла людини, більшість котрих знаходиться в межах 6... 30 Гц.

Резонансні частоти окремих частин тіла наступні, Гц:

‑ очі ‑22... 27;

‑ горло ‑ 6... 12;

‑ грудна клітка ‑ 2... 12;

‑ ноги, руки ‑ 2... 8;

‑ голова ‑ 8... 27;

‑ обличчя та щелепи ‑ 4... 27;

‑ пояснична частина хребта ‑ 4... 14;

‑ живіт ‑ 4... 12;

Загальну вібрацію за джерелом її виникнення поділяють на:

‑ транспортну, котра виникає внаслідок руху по дорогах;

‑ транспортно-технологічну, котра виникає при роботі машин, які виконують технологічні операції в стаціонарному положенні або при переміщенні по спеціально підготовлених частинах виробничих приміщень, виробничих майданчиків;

‑ технологічну, що впливає на операторів стаціонарних машин або передається на робочі місця, які не мають джерел вібрації.

Вібрації, що впливають на операторів різних машин, поділяються на категорії згідно ГОСТ 12.1.012-90:

‑ трактори, автомобілі вантажні, будівельно-дорожні машини, снігоочищувачі ‑ 1;

‑ екскаватори, крани промислові та будівельні, самохідні бурильні установки, шляхові машини, бетоновкладачі ‑ 2.

Підлоговий виробничий транспорт, верстати метало- та деревообробні, ковальсько-пресове обладнання, ливарні машини, електричні машини, насосні агрегати та вентилятори; бурильні вишки та установки, бурові верстати, обладнання промисловості будматеріалів ‑ 3.

Гігієнічні характеристики та нормування вібрацій. Гігієнічне нормування вібрацій забезпечує вібробезпеку умов праці. Дія вібрації на організм людини визначається наступними її характеристиками: інтенсивністю, спектральним складом, тривалістю впливу, напрямком дії.

Показниками інтенсивності є середньоквадратичні або амплітудні значення віброприскорення, віброшвидкості або віброзміщення, виміряні на робочому місці. Для оцінки інтенсивності вібрації поряд з розмірними величинами використовується логарифмічна децибельна шкала. Це пов'язано з широким діапазоном зміни параметрів, при котрих вимірювання їх лінійною шкалою стає практично неможливим. Особливість цієї шкали ‑ відлік значень від порогового початкового рівня. Децибел ‑ математичне безрозмірне поняття, котре характеризує відношення незалежних однойменних величин:

(14.1)

де ‑ вимірюваний кінематичний параметр вібрації (віброзміщення, віброшвидкість, віброприскорення);

‑ початкове (порогове) значення відповідного параметра.

Для гармонійної вібрації з частотою f логарифмічні рівні віброзміщення L_U та віброприскорення L_a визначаються через логарифмічний рівень віброшвидкості L_V:

, (14.2)

, (14.3)

Для стандартних порогових значень прийняті наступні величини параметрів вібрації: віброзміщення u_o =8х10^{-12 м; віброшвидкості v} _o = 5 х 10^-8 м/с; віброприскорення а_o = 3 х 10^-4 м/с². Зі швидкістю u_o коливається поверхня, що випромінює звукову енергію на порозі чутності (р_o =2х10^-5 Н/м²).

Гігієнічну оцінку вібрації, що діє на людину у виробничих умовах, згідно з ГОСТ 12.1.012-90 здійснюють за одним з наступних методів:

‑ частотним (спектральним) аналізом нормованого параметра;

‑ інтегральною оцінкою за частотою нормованого параметра;

‑ дозою вібрації.

Гігієнічною характеристикою вібрації є нормовані параметри, вибрані в залежності від застосовуваного методу її гігієнічної оцінки.

При частотному (спектральному) аналізі нормованими параметрами є середні квадратичні значення віброшвидкості V, їх логарифмічні рівні L_V або віброприскорення а для локальної вібрації в октавних смугах частот, а для загальної вібрації ‑ в октавних або 1/3 октавних смугах частот.

Середньоквадратичне значення деякої неперервної періодичної функції А (t) з періодом Т визначається за виразом:

(14.4)

Для гармонійної функції її середньоквадратичне значення:

, (14.5)

де А _mах ‑ амплітудне значення функції.

Логарифмічні рівні віброшвидкості, дБ:

 

(14.6)

При інтегральній оцінці за частотою нормованим параметром є коректоване значення контрольованого параметра вібрації U, виміряне за допомогою спеціальних фільтрів або розраховане за формулою:

 

(14.7)

де U_і. ‑ середнє квадратичне значення контрольованого параметра (віброшвидкості або віброприскорення) в і -й частотній смузі;

n ‑ число частотних смуг в нормованому частотному діапазоні;

k_і ‑ питомий коефіцієнт для і -ї частотної смуги.

Оцінка локальної вібрації здійснюється за середнім часом дії коректованим значенням:

(14.8)

де V ‑ коректоване значення контрольованого параметра, визначається згідно з формулою (14.7) в j -му проміжку часу;

m ‑ загальне число отриманих коректованих значень за однакові проміжки часу.

При оцінці вібрації за допомогою дози нормованим параметром є еквівалентне коректоване значення:

, (14.9)

де D ‑ доза вібрації, що визначається за формулою:

, (14.10)

де ‑ миттєве коректоване значення параметра вібрації в момент часу , отримане за допомогою коректувального фільтра;

t ‑ час впливу вібрації протягом робочої зміни.

Вібрацію, що діє на людину, нормують окремо для кожного встановленого напрямку згідно з ГОСТ 12.1.012-90.

Гігієнічні норми вібрації, що впливають на людину у виробничих умовах встановлені для тривалості 480 хв. (8 год.). При впливі вібрації, котра перевищує встановлені нормативи, тривалість її впливу на людину протягом робочої зміни слід зменшити згідно з даними табл. 14.1.

Таблиця 14.1 – Допустима тривалість вібраційного впливу при перевищенні нормативних значень

Перевищення нормативів вібрацій для робочих місць, не більше	Допустима тривалість вібраційного впливу при роботі на стаціонарних та трансидентних машинах, не більше, хв.
дБ	разів
	1,0 1,4 2,0 2,8 4,0

 

Гігієнічні норми в логарифмічних рівнях середніх квадратичних значень віброшвидкості для октавних смуг частот наведено на рис. 14.1.

При локальній вібрації залежність допустимих значень нормованого параметра U_t від часу фактичної дії вібрації t (що не перевищує 480 хв.) визначається за формулою:

(14.11)

де U ₄₈₀ – допустиме значення нормованого параметра при тривалості дії вібрації 480 хв.

Максимальне значення U_t не повинне перевищувати величин, що встановлені для t = 30 хв.

Загальний спектр частот вібрації містить октавні частотні смуги з середньо-геометричними значеннями частот 1; 2; 4; 8; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц. Вібрація з середньогеометричними частотами до 31,5 Гц відноситься до низькочастотної, з більшими середньо-геометричними частотами ‑ до високочастотної.

Тривалий вплив вібрації з середньо-геометричними значеннями частот 16... 250 Гц є особливо небезпечним.

При дії локальної вібрації з перервами протягом робочої зміни допустимі значення нормованого параметра збільшуються шляхом множення на коефіцієнти, що наводяться нижче (табл. 14.2).

 

 

Таблиця 14.2 – Коефіцієнти збільшення допустимих значень нормованого параметра дії локальної вібрації

Загальний час регулярної перерви в дії локальної вібрації за 1 год. робочої зміни, хв.	До 20 включно	20 – 30	30 – 40	Більше 40
Коефіцієнт

Захист від вібрацій. Загальні методи боротьби з вібрацією базуються на аналізі рівнянь, котрі описують коливання машин у виробничих умовах і класифікуються наступним чином:

‑ зниження вібрацій в джерелі виникнення шляхом зниження або усунення збуджувальних сил;

‑ відлагодження від резонансних режимів раціональним вибором приведеної маси або жорсткості системи, котра коливається;

‑ вібродемпферування ‑ зниження вібрацій за рахунок сили тертя демпферного пристрою, тобто переведення коливної енергії в тепло;

‑ динамічне гасіння ‑ введення в коливну систему додаткових мас або збільшення жорсткості системи;

‑ віброізоляція ‑ введення в коливну систему додаткового пружного зв'язку, з метою послаблення передавання вібрацій, суміжному елементу конструкції або робочому місцю;

‑ використання індивідуальних засобів захисту.

Зниження вібрації в джерелі її виникнення досягається шляхом зменшення сили, яка викликає коливання. Тому ще на стадії проектування машин та механічних пристроїв потрібно вибирати кінематичні схеми, в котрих динамічні процеси, викликані ударами та прискореннями, були б виключені або знижені. Зниження вібрації може бути досягнуте зрівноваженням мас, зміною маси або жорсткості, зменшенням технологічних допусків при виготовленні і складанні, застосуванням матеріалів з великим внутрішнім тертям. Велике значення має підвищення точності обробки та зниження шорсткості поверхонь, що труться.

Відлагодження від режиму резонансу. Для послаблення вібрацій істотне значення має запобігання резонансним режимам роботи з метою виключення резонансу з частотою змушувальної сили. Власні частоти окремих конструктивних елементів визначаються розрахунковим методом за відомими значеннями маси та жорсткості або ж експериментально на стендах.

Резонансні режими при роботі технологічного обладнання усуваються двома шляхами: зміною характеристик системи (маси або жорсткості) або встановленням іншого режиму роботи (відлагодження резонансного значення кутової частоти змушувальної сили).

Вібродемпферування. Цей метод зниження вібрацій реалізується шляхом перетворення енергії механічних коливань коливної системи в теплову енергію. Збільшення витрат енергії в системі здійснюється за рахунок використання в якості конструктивних матеріалів з великим внутрішнім тертям: пластмас, металогуми, сплавів марганцю та міді, нікелетитанових сплавів, нанесення на вібруючі поверхні шару пружнов'язких матеріалів, котрі мають великі втрати на внутрішнє тертя. Найбільший ефект при використанні вібродемпферних покриттів досягається в області резонансних частот, оскільки при резонансі значення впливу сил тертя на зменшення амплітуди зростає.

Найбільший ефект вібродемпферні покриття дають за умови, що протяжність вібродемпферного шару співрозмірна з довжиною хвилі згину в матеріалі конструкції. Покриття необхідно наносити в місцях, де генерується вібрація максимального рівня. Товщина вібродемпферних покриттів береться рівною 2 ‑ 3 товщинам елемента конструкції, на котру воно наноситься.

Добре демпферують коливання мастильні матеріали. Шар мастила між двома спряженими елементами усуває можливість їх безпосереднього контакту, а відтак – появу сил поверхневого тертя, котрі є причиною збудження вібрацій.

Віброгасіння. Для динамічного гасіння коливань використовуються динамічні віброгасії пружинні, маятникові, ексцентрикові, гідравлічні. Вони являють собою додаткову коливну систему з масою т та жорсткістю q, власна частота котрої f ₀ налаштована на основну частоту f коливань даного агрегату, що має масу М та жорсткість Q, віброгасій кріпиться на вібруючому агрегаті і налаштовується таким чином, що в ньому в кожний момент часу збуджуються коливання, котрі знаходяться в протифазі з коливаннями агрегату. Недоліком динамічного гасія є те, що він діє лише при певній частоті, котра відповідає його резонансному режиму коливань.

Для зниження вібрацій застосовуються також ударні віброгасії маятникового, пружинного і плаваючого типів. В них здійснюється перехід кінетичної енергії відносного руху елементів, що контактують, в енергію деформації з поширенням напружень із зони контакту по елементах, що взаємодіють. Внаслідок цього енергія розподіляється по об'єму елементів віброгасія, котрі зазнають взаємних ударів, викликаючи їх коливання. Одночасно відбувається розсіювання енергії внаслідок дії сил зовнішнього та внутрішнього тертя. Маятникові ударні віброгасії використовуються для гасіння коливань частотою 0,4 ‑ 2 Гц, пружинні ‑ 2 ‑ 10 Гц, плаваючі ‑ понад 10 Гц.

Віброгасії камерного типу призначені для перетворення пульсуючого потоку газу в рівномірний. Такі віброгасії встановлюються на всмоктувальній та нагнітальній сторонах компресорів, на гідроприводах. Вони забезпечують значне зниження рівня вібрацій трубо- та газопроводів.

Динамічне віброгасіння досягається також встановленням агрегату на масивному фундаменті. Маса фундаменту підбирається таким чином, щоб амплітуда коливань підошви фундаменту не перевищувала 0,1 ‑ 0,2 мм.

Віброізоляція полягає у зниженні передачі коливань від джерела збудження до об'єкта, що захищається, шляхом введення в коливну систему додаткового пружного зв'язку. Цей зв'язок запобігає передачі енергії від коливного агрегату до основи або від коливної основи до людини або до конструкцій, що захищаються.

Віброізоляція реалізується шляхом встановлення джерела вібрації на вібро- ізолятори. В комунікаціях повітропроводів розташовуються гнучкі вставки. Застосовуються пружні прокладки у вузлах кріплення повітропроводів, в перекриттях, несучих конструкціях будівель, в ручному механізованому інструменті.

Для віброізоляції стаціонарних машин з вертикальною змушувальною силою використовують віброізолювальні опори у вигляді прокладок або пружин. Однак можлива їх комбінація. Комбінований віброізолятор поєднує пружинний віброізолятор з пружною прокладкою. Пружинний віброізолятор пропускає високочастотні коливання, а комбінований забезпечує необхідну ширину діапазону коливань, що гасяться. Пружні елементи можуть бути металевими, полімерними, волокнистими, пневматичними, гідравлічними, електромагнітними.

Засоби індивідуального захисту від вібрації застосовуються у випадку, коли розглянуті вище технічні засоби не дозволяють знизити рівень вібрації до норми. Для захисту рук використовуються рукавиці, вкладиші, прокладки. Для захисту ніг ‑ спеціальне взуття, підметки, наколінники. Для захисту тіла ‑ нагрудники, пояси, спеціальні костюми.

З метою профілактики вібраційної хвороби для працівників рекомендується спеціальний режим праці. Наприклад, при роботі з ручними інструментами загальний час роботи в контакті з вібрацією не повинен перевищувати 2/3 робочої зміни. При цьому тривалість безперервного впливу вібрації, включаючи мікро-паузи, не повинна перевищувати 15 ‑ 20 хв. Передбачається ще дві регламентовані перерви для активного відпочинку.

Всі, хто працює з джерелами вібрації, повинні проходити медичні огляди перед вступом на роботу і періодично, не рідше 1 разу на рік.