2. Защита от воздействия производственного шума и вибрации
Воздействие на человека производственного шума и вибрации
Эксплуатация современного промышленного оборудования и средств транспорта сопровождается значительным уровнем шума и вибрации, негативно влияющих на состояние здоровья работающих. С точки зрения безопасности труда шум и вибрация — одни из наиболее распространенных вредных производственных факторов, которые при определенных условиях могут выступать как опасные производственные факторы. Кроме шумового и вибрационного воздействия, вредное влияние на человека в процессе труда могут оказывать инфразвуковые и ультразвуковые колебания.
Вибрация - это малые механические колебания, возникающие в упругих телах.
Шум — это сочетание звуков различной частоты и интенсивности. С физиологической точки зрения шумом называют любой нежелательный звук, оказывающий вредное воздействие на организм человека.
Звуковые колебания, воспринимаемые органами слуха человека, являются механическими колебаниями, распространяющимися в упругой среде (твердой, жидкой или газообразной). Человеческое ухо воспринимает как слышимые колебания, лежащие в пределах от 20 до 20 000 гц. Звуковой диапазон принято подразделять на низкочастотный (20-40 гц), среднечастотный (400-1000 гц) и высокочастотный ( свыше 1000 гц). Звуковые волны с частотой менее 20гц называются инфразвуковыми, а с частотами более 20 000 гц – ультразвуковыми. Инфразвуковые и ультразвуковые колебания органами слуха человека не воспринимаются.
Источниками шума на производстве является транспорт, технологическое оборудование, системы вентиляции, пневмо – гидроагрегаты, а также источники, вызывающие вибрацию, т.к. колебания твердых тел вызывают колебания воздушной среды. Шум является одним из наиболее существенных негативных факторов производственной среды.
Ультразвуки применяются в промышленности для контрольно-измерительных целей (дефектоскопия, измерение толщины стенок трубопроводов и др.), а также для осуществления и интенсификации различных технологических процессов (очистка деталей, сварка, пайка, дробление и т.д.).
Инфразвук – это область акустических колебаний в диапазоне ниже 20 гц. В производственных условиях инфразвук, как правило, сочетается с низкочастотным шумом, а в ряде случаев и с низкочастотной вибрацией. Источниками инфразвука в промышленности являются компрессоры, дизельные двигатели, вентиляторы, реактивные двигатели, вентиляторы, транспортные средства и др.
Источниками вибрации могут являться: перфораторы, механизмы, совершающие возвратно-поступательное движение. Вибрацию также создают неуравновешенные вращающиеся механизмы (электродрели, ручные шлифовальные машины, металлообрабатывающие станки, вентиляторы и т.д.), а также устройства, в которых движущиеся детали совершают ударные воздействия (зубчатые передачи, подшипники и т. д.)
Допустимые шумовые характеристики рабочих мест регламентируются ГОСТ 12.1.003-83 «Шум, общие требования безопасности» (изменение I.III.89) и Санитарными нормами допустимых уровней шума на рабочих местах (СН 3223-85) с изменениями и дополнениями от 29.03.1988 года №122-6/245-1
По характеру спектра шумы подразделяются на: широкополосные и тональные; по временным характеристикам на: постоянные и временные.
В качестве характеристик постоянного шума на рабочих местах, а также для определения эффективности мероприятий по ограничению его неблагоприятного влияния, принимаются уровни звукового давления в децибелах (дБ)
Рис. Уровни различных звуков в зависимости от источника шума и расстояния
Воздействие шума и вибрации на организм человека
Рассмотрим, как действуют шум, ультра- и инфразвук, а также вибрация на организм человека.
Звуки очень большой силы, уровень которых превышает 120-130 дБ, вызывают болевое ощущение и повреждения в слуховом аппарате (акустическая травма).
Разрыв барабанных перепонок в органах слуха человека происходит под воздействием шума, уровень звукового давления которого составляет - 186 дБ. Воздействие на организм человека шума, уровень которого около 196 дБ, приведет к повреждению легочной ткани (порог легочного повреждения).
Однако не только сильные шумы, приводящие к мгновенной глухоте или повреждению органов слуха человека, вредно отражаются на здоровье и работоспособности людей. Шумы небольшой интенсивности, порядка 50—60дБА, негативно воздействуют на нервную систему человека, вызывают бессонницу, неспособность сосредоточиться, что ведет к снижению производительности труда и повышает вероятность возникновения несчастных случаев на производстве. Если шум постоянно действует на человека в процессе труда, то могут возникнуть различные психические нарушения, сердечнососудистые, желудочно-кишечные и кожные заболевания, тугоухость.
Последствия воздействия шума небольшой интенсивности на организм человека зависят от ряда факторов, в том числе возраста и состояния здоровья работающего, вида трудовой деятельности, психологического и физического состояния человека в момент действия шума и ряда других факторов. Шум, производимый самим человеком, обычно не беспокоит его. В отличие от этого посторонние шумы часто вызывают сильный раздражающий эффект. В ночное время шум с уровнем 30—40 дБА является серьезным беспокоящим фактором.
При постоянном воздействии шума на организм человека могут возникнуть патологические изменения, называемые шумовой болезнью, которая является профессиональным заболеванием.
Инфразвук также оказывает негативное влияние на органы слуха, вызывая утомление, чувство страха, головные боли и головокружения, а также снижает остроту зрения. Особенно неблагоприятно воздействие на организм человека инфразвуковых колебаний с частотой 4—12 Гц.
Вредное воздействие ультразвука на организм человека выражается в нарушении деятельности нервной системы, снижении болевой чувствительности, изменении сосудистого давления, а также состава и свойств крови. Ультразвук передается либо через воздушную среду, либо контактным путем через жидкую и твердую среду (действие на руки работающих). Контактный путь передачи ультразвука наиболее опасен для организма человека.
Необходимо различать общую и местную вибрации. Общая вибрация действует на весь организм в целом, а местная - только на отдельные части его (верхние конечности, плечевой пояс, сосуды сердца).
При воздействии общей вибрации наблюдаются нарушение сердечной деятельности, расстройство нервной системы, спазмы сосудов, изменения в суставах, приводящие к ограничению подвижности. При действии на руки работающих местной вибрации (вибрирующий инструмент) происходит нарушение чувствительности кожи, окостенение сухожилий, потеря упругости кровеносных сосудов и чувствительности нервных волокон, отложение солей в суставах кистей рук и пальцев и другие негативные явления. Длительное воздействие вибрации приводит к профессиональному заболеванию – вибрационной болезни, эффективное лечение которой возможно только на начальной стадии её развития. Вибрационная болезнь регистрируется у водителей транспорта, операторов транспортно-технологических машин и агрегатов, работающих с ручным виброинструментом (перфораторами, отбойными молотками и т. д.), формовщиков, бурильщиков и т.д.
К факторам производственной среды, усугубляющим вредное воздействие вибрации на организм человека, относятся повышенные мышечные нагрузки, неблагоприятные микроклиматические условия (прежде всего пониженная температура и повышенная влажность), шум высокой интенсивности, который, как правило, сопровождает вибрацию, психоэмоциональная напряженность. Охлаждение и смачивание рук значительно повышает риск развития вибрационной болезни за счет усиления сосудистых реакций.
При косвенном (визуальном) воздействии вибрации на человека оказывается психологическое действие. Например, вызывают неприятные ощущения колеблющиеся предметы (люстры, вентиляционные короба и т.д.), подвешенные к различным конструкциям. Симптомами функциональных изменений в организме являются: повышенная утомляемость увеличение времени двигательных и зрительных реакций, нарушение вестибулярных реакций и координации движений. И как следствие снижается производительность труда, могут возникнуть травмы, связанные с заторможенной реакцией человека на изменение обстановки.
Основные методы борьбы с шумом, инфра - и ультразвуком и вибрацией.
Для защиты от акустических колебаний (шума, инфра – и ультразвука) можно использовать следующие методы:
снижение звуковой мощности источника звука;
размещение рабочих мест с учетом направленности излучения звуковой энергии;
удаление рабочих мест от источника звука;
акустическая обработка помещений;
звукоизоляция;
применение глушителей;
применение средств индивидуальной защиты.
Снижение звуковой мощности источника звука. Этот способ борьбы с шумом носит название уменьшение шума в источнике его возникновения. Снижение механических шумов достигается: улучшением конструкции машин и механизмов, заменой деталей из металлических материалов на пластмассовые, заменой ударных технологических процессов на безударные (например, клёпку заменить сваркой), заменой вместо зубчатых передач клиноременными или использованием зубчатых передач, не издающих громких звуков (например, использовать вместо прямозубых косозубые или шевронные шестерни), нанесением смазки на трущиеся детали.
Для уменьшения шума также рекомендуется снижение скорости обтекания газовыми или воздушными потоками препятствий, улучшение аэродинамики тел, работающих в контакте с потоками; снижение скорости истечения газовой струи и уменьшение диаметра отверстия, из которого струя истекает; выбор оптимальных режимов работы насосов для перекачивания жидкости.
Размещение рабочих мест с учетом направленности излучения звуковой энергии (изменение направленности излучения шума) Этот способ применяется в том случае, когда работающее устройство (машина, агрегат, установка) направлено излучает шум. Примером такого устройства может служить труба для сброса в атмосферу сжатого воздуха. Направленная звуковая волна должна быть ориентирована в противоположную сторону от рабочего места или жилого строения. Если на территории предприятия расположен один или несколько шумных цехов, то их рекомендуется сосредоточить в одном- двух местах, максимально удаленных от основных производств.
Удаление рабочих мест от источника звука;
Увеличение расстояния от источника звука в 2 раза приводит к уменьшению уровня звука на 6 дБ.
Акустическая обработка помещений;
В производственных помещениях уровень звука существенно повышается из-за отражения шума от строительных конструкций и оборудования. Для снижения уровня отраженного звука применяют специальную акустическую обработку помещения с использованием средств звукопоглощения, к которым относятся звукопоглощающие облицовки и штучные звукопоглотители. Звукопоглощающие материалы изготавливаются из минеральной ваты, базальтового и стеклянного волокна, акустические плиты с зернистой или волокнистой структурой.
Штучные звукопоглотители представляют собой объемные звукопоглощающие тела, изготовленные в виде конуса, куба, параллелепипеда подвешенные к потолку помещения. Звукоизоляция (уменьшение звуковой мощности по пути распространения шума). Практически это достигается использованием звукоизолирующих ограждений, звукоизолирующих кабин и пультов управления, звукоизолирующих кожухов и акустических экранов. Сущность звукоизоляции состоит в том, что падающая на ограждение энергия звуковой волны отражается в значительно большей степени, чем проходит через него.
Рис. Средства звукоизоляции: 1 – звукоизолирующее ограждение; 2- звукоизолирующие кабины и пульты управления; 3- звукоизолирующие кожухи; 4 – акустические экраны; ИШ – источник шума.
К звукоизолирующим ограждениям относятся стены, перекрытия, перегородки, остекленные проемы, окна, двери. В качестве материалов для звукоизолирующих ограждений рекомендуется использовать бетон, железобетон, кирпич, керамические блоки, деревянные полотна (для изготовления дверей), стекло и т.д. Звукоизолирующими кожухами обычно полностью закрывают издающее шум устройство (машину, агрегат, установку и т.д.) или пластмассы. Звукоизолирующие кабины применяют для размещения пультов управления и рабочих мест в шумных цехах. Их изготавливают из кирпича, бетона и подобных материалов или металлических панелей. Акустические экраны представляют собой конструкцию, изготовленную из сплошных твердых листов толщиной 1,5-2 мм, с покрытой звукопоглощающим материалом поверхностью. Эти экраны устанавливаются на пути распространения звука. За ними возникает зона звуковой тени. Основной акустический эффект достигается в результате отражения звука от этих конструкций.
Применение глушителей
Для борьбы с аэродинамическим шумом используют устройства, называемые глушителями шума. Различают абсорбционные, реактивные и комбинированные глушители. В первом из них затухание аэродинамического шума происходит в порах звукопоглощающих материалов, заполняющих глушитель. Реактивные глушители отражают звуковую энергию обратно к источнику. В комбинированных глушителях снижение шума достигается за счет сочетания поглощения и отражения звука.
Применение средств индивидуальной защиты
К СТЗ от шума относят ушные вкладыши, наушники, шлемы.
Вкладыши — мягкие тампоны из ультратонкого материала, вставляемые в слуховой канал. Их эффективность не очень высока и в зависимости от частоты шума может составлять 5...15дБ.
Наушники плотно облегают ушную раковину и удерживаются на голове дугообразной пружиной. Их эффективность изменяется от 7 дБ на частоте 125 Гц до 38 дБ на частоте 8000 Гц.
Шлемы применяют при воздействии шумов очень высоких уровней (более 120 дБ). Они закрывают всю голову человека, т. к. при таких уровнях шума он проникает в мозг не только через ухо, но и непосредственно через черепную коробку.
Особенности защиты от инфра- и ультразвука. В принципе, для защиты от инфра- и ультразвука применимы методы для защиты от шума.
Однако для защиты от низких инфразвуковых частот звукоизоляция крайне неэффективна — требуются очень толстые и массивные звукоизолирующие перегородки. Также неэффективны звукопоглощение и акустическая обработка помещений. Поэтому основным методом борьбы с инфразвуком является борьба в источнике его возникновения.
Другими мероприятиями по борьбе с инфразвуком являются:
• повышение быстроходности машин, что обеспечивает перевод максимума излучения в область слышимых частот, где становятся эффективными звукоизоляция и звукопоглощение;
• устранение низкочастотных вибраций;
• применение глушителей реактивного типа. Ультразвук из-за очень высоких частот быстро поглощается в воздухе и материалах конструкций, поэтому он распространяется на небольшие расстояния. Для защиты от ультразвука очень эффективной является звукоизоляция и звукопоглощение. Применяют также эластичные кожухи из нескольких слоев резины общей толщиной 3,5 мм. Эффективность таких кожухов может достигать 60...80 дБ. Применяют также экраны, расположенные между источником и работающими.
Основные методы защиты от вибрации:
снижение виброактивности машин;
отстройка от резонансных частот
вибродемпфирование
виброгашение – для высоких и средних частот
повышение жесткости системы – для низких и средних частот
виброизоляция
применение индивидуальных средств защиты.
Снижение виброактивности машин. Это достигается заменой динамических технологических процессов статическими( например замена штамповки прессованием),хорошей динамической и статической балансировкой механизмов, смазкой и чисткой взаимодействующих поверхностей; заменой подшипников качения на подшипники скольжения, применением конструкционных материалов с повышенным внутренним трением.
Отстройка от резонансных частот заключается в изменении режимов работы машины , чтобы вибрация была минимальной.
Вибродемпфирование (вибропоглащением), под которым понимают превращение энергии механических колебаний системы в тепловую Это достигается использованием в конструкциях вибрирующих агрегатов специальных материалов (например, сплав систем медь-никель, никель-титан, титан-кобальт),применением двухслойных материалов типа сталь-алюминий, сталь-медь, использование дерева, пластмассы, дерева, резины.
Виброгашение – для высоких и средних частот осуществляют путем установки агрегатов на массивный фундамент.
Рис. Установка агрегатов на виброгасящем основании: а- на фундаменте и грунте; б – на перекрытии.
повышение жесткости системы – для низких и средних частот например, путем установки ребер жесткости. Как видно из формулы этот способ эффективен только при низких частотах и в ряде случаев средних.
Виброизоляция заключается в уменьшении передачи колебаний от источника возбуждения защищающему объекту при помощи устройств, помещаемых между ними.
Рис. Виброизолирующие опоры:
а -пружинные, б – резиновые виброизоляторы
В качестве виброизоляторов используют пружинные опоры либо упругие прокладки из резины, пробки т.д. Возможно использование сочетания этих устройств (комбинированные виброизоляторы).
Средства коллективной защиты (СКЗ) располагаются между источником вибрации и оператором. К СКЗ оператора относятся подставки (опорная плита, на которой стоит и выполняет работу оператор), сидения (подвижные рабочие места оснащают сидениями со встроенными средствами виброизоляции), кабины (используются когда кроме вибрации на оператора действуют другие негативные факторы: шум, излучения, она устанавливается на виброизолирующих опорах), рукоятки (предназначены для защиты от локальной вибрации рук оператора) .
Применение индивидуальных средств защиты СИЗ.
В качестве СИЗ от вибрации используются: для рук –виброизолирующие рукавицы, перчатки, вкладыши и прокладки; для ног – виброизолирующая обувь, стельки, подметки. Виброзащитные рукавицы отличаются от обычных тем, что на их ладонной части или в накладке закреплен упругодемпфирующий элемент. Этот элемент выполняется из поролона, губчатой резины. Применяются рукавицы с эластично-трубчатыми элементами. Виброзащитная обувь изготавливается в виде сапог, полусапог, полуботинок как мужских, так и женских, и отличается от обычной обуви наличием подошвы или вкладыша из упругодеформирующего материала.