Механічні та акустичні коливання
Переміщення точки або механічної системи при якому відбувається почергове зростання і зниження у часі значень хоча б однієї координати називають вібрацією. При вібрації виробничих механізмів передаються їх швидкі коливальні і обертальні рухи контактуючим з ними предметам у тому числі працівникам.
Причиною порушення вібрації є виникаючі при роботі машин неурівноважені силові впливи: ударні навантаження; зворотнопоступальні переміщення; дисбаланс. Причиною дисбалансу є: неоднорідність матеріалу; розбіжність центрів мас і осей обертання; деформація.Вібрація - загальнобіологічний шкідливий чинник, що призводить до фахових захворювань - віброзахворюваннь, лікування яких можливе лише на ранніх стадіях. Згідно способу передавання на людину вібрація підрозділяється на загальну і локальну. Загальна - діє через опорні поверхні ніг на весь організм у цілому. Локальна - на окремі ділянки тіла. Загальну поділяють згідно характеру передавання на: транспортну (при прямуванні машин); транспортно-технологічну (при виконанні роботи машиною: кран, бульдозер); технологічну (при роботі механізмів коли людина знаходиться поруч). Основними параметрами вібрації є: частота (Гц); амплітуда зміщення (м або см); віброшвидкість (м/с); віброприскорення (м/с2); період коливань (с).
Людина є замкнутою системою з частотою коливань 5,0-9,0 Гц. Якщо підвести зовнішні коливання з тією самою частотою - резонансом, то можливе повне припинення роботи серця. Для вимірювання сили вібрації використовують різні прилади і в тому числі віброскоп. У табл. 5.1 наведені дані щодо впливу вібрації на організм людини.
Таблиця 5.1 - Вплив вібрації на організм людини
| Амплітуда коливань вібрації, мм | Частота вібрації, Гц | Результат впливу |
| До 0,015 | Різна | Не чинить впливу на організм |
| 0,016-0,050 | 40-50 | Нервове збудження та депресія |
| 0,051-0,100 | 40-50 | Зміни у центральній нервовій системі. Серці та органах слуху |
| 0,101-0,300 | 50-150 | Можливе захворювання |
| 0,101-0,300 | 150-250 | Викликає віброхворобу |
У автоматизованих виробництвах засобом боротьби з вібрацією є дистанційне керування (виключає контакт) відповідним технологічним процесом. А у неавтоматизованих виробництвах використовують такі засоби та заходи:
1. Зниження вібрації у джерелах їх виникнення:
- підвищення точності роботи деталей (виключення можливих ударів та різких прискорень);
- оптимізація технологічного процесу (зміна частоти власних коливань джерела);
- покращення балансування;
2. Відстройка від режимів резонансу (збільшення жорсткості системи):
- вибродемпфірування шляхом перетворення енергії коливальної системи у теплову енергію (застосування віброізоляторів з більшим внутрішнім тертям: дерево, гума, пластмаса);
- введення до системи додаткового пружного зв’язку (пружних віброізоляторів) для ослаблення передавання вібрації об’єкту захисту (суміжному елементу конструкції або робочому місцю);
3. Покращення організації праці вібронебезпечних процесів:
- загальна кількість робочого часу у контакті з віброобладнанням не повинна перевищувати зміни;
- одноразова дія не повинна перевищувати для локальної - 20 хвилин, для загальної - 40 хвилин.
Шумом називають будь-який звук, що несприятливо діє на людину. Зазвичай шум є поєднанням звуків різної частоти та інтенсивності. З фізичної точки зору звук являє собою механічні коливання пружного середовища. Звукова хвиля характеризується звуковим тиском, Па, коливальною швидкістю, м/с, інтенсивністю, Вт/м2 і частотою - числом коливань у секунду, Гц.
Звукові коливання будь-якого середовища (наприклад, повітря) виникають при порушенні його стаціонарного стану під впливом вимушених коливань. Частки середовища починають коливатися відносно положення рівноваги, причому швидкість цих коливань (коливальна швидкість) значно нижче швидкості поширення звукових хвиль (швидкості звуку), яка залежить від пружних властивостей, температури і густини середовища.
Під час звукових коливань у повітрі утворюються області зниженого і підвищеного тиску, які визначають звуковий тиск. Звуковим тиском називається різниця між миттєвим значенням повного тиску і середнім тиском у спокійному середовищі.
Характеристикою джерела шуму слугує звукова потужність, яка визначається загальною кількістю звукової енергії, випромінюваної джерелом шуму у навколишній простір за одиницю часу. При поширенні звукової хвилі у просторі відбувається перенесення енергії. Кількість перенесеної енергії визначається інтенсивністю звуку. Середній потік енергії у будь-якій точці середовища на одиницю часу, віднесений до одиниці площі поверхні, нормальної до напряму поширення хвилі, називається інтенсивністю звуку у даній точці.
Джерелами шуму на машинобудівних підприємствах є: виробниче обладнання (верстатне, ковальсько-пресове та ін.); енергетичне обладнання, компресорні та насосні станції, вентиляційні установки, трансформаторні підстанції; продукція підприємства - при її випробуваннях на стендах (двигуни внутрішнього згоряння, авіаційні двигуни, компресори та ін.).
У залежності від фізичної природи шуми поділяються на джерела механічного, аеродинамічного, електромагнітного і гідродинамічного шуму. Зниження шуму на робочих місцях має досягатися передусім за рахунок акустичного вдосконалення машин - покращення їхніх шумових характеристик.
Спектри шуму поділяються на широкосмугові і тональні. Широкосмугові характеризуються спектром шуму шириною більше однієї октави, тональні мають у своєму складі виражені дискретні тони з перевищенням рівня звукового тиску (у третинно октавній смузі частот) над сусідніми не менш ніж на 10 дБ.
Для оцінювання та порівняння шумів, що змінюються за часом, застосовують рівні звуку. Рівень звуку - це сумарний рівень звукового тиску, визначеного у всьому частотному діапазоні. Вимірюють рівень звуку шумоміром у децибеллах (дБ) за шкалою, що має коригуючий контур згідно низькочастотної складової.
За часовими характеристиками шуми поділяються: на постійні та непостійні, а останні, у свою чергу, поділяються на коливальні переривчасті та імпульсні.
Шум відноситься до постійного, якщо рівень звуку, що характеризує його, змінюється за восьмигодинний робочий день (робочий зміну) не більш ніж на 5 дБ; для непостійних шумів характерна зміна рівня звуку протягом робочого дня більш ніж на 5 дБ. Коливальні шуми характеризуються рівнем звуку, що безперервно змінюється у часі, наприклад шум транспортного потоку. Для переривчастих шумів рівень звуку змінюється східчасто (на 5 дБ і більше), при цьому тривалість інтервалів, протягом яких рівень залишається постійним, становить 1 секунду і більше, наприклад шум, що виникає при періодичному випуску газу з-під поршня. Імпульсні шуми - це один або декілька звукових сигналів кожен тривалістю менше 1 секунду, що сприймається людиною як удари, які відбуваються один за іншим, рівні звуку при цьому відрізняються не менш ніж на 7 дБ. Для машин ударної дії характерний імпульсний шум.Засоби захисту від шуму, що застосовуються на підприємствах, поділяються на:
1. Найбільш раціональним методом є боротьба з шумом у джерелі виникнення (зменшення звукової потужності). Причиною виникнення шумів можуть бути механічні, аеродинамічні, гідродинамічні і електромагнітні явища, зумовлені конструкцією і характером роботи машин і механізмів, а також неточностями, допущеними у процесі виготовлення і умовами випробування та експлуатації. Для зниження шуму у джерелі виникнення можуть успішно застосовуватися наступні заходи: заміна ударних механізмів і процесів; застосування малошумних сполук; застосування як конструкційних матеріалів з високим внутрішнім тертям; підвищення вимог до балансуванню роторів; зміна режиму і умов роботи механізмів та машин; застосування мастила для запобігання їх зносу і шуму від тертя. Важливе значення має своєчасне технічне обслуговування обладнання, при якому забезпечується надійність кріплення і правильне регулювання зчленувань. Комплекс заходів, спрямованих на зменшення шуму у джерелі, може забезпечити зниження рівня звуку на 10-20 дБ і більше.
2. Зміна спрямованості випромінювання шуму.
При проектуванні установок з направленим випромінюванням необхідна відповідна орієнтація цих установок у відношенні до робочих місць, оскільки величина показника спрямованості може сягати 10-15 дБ. Наприклад, отвір повітрязаборной шахти вентиляційної установки необхідно розташовувати так, щоб максимум випромінюваного шуму був направлений до протилежний бік від робочого місця або житлового будинку.3. Раціональне планування підприємств і цехів. Шум на робочому місці може бути зменшений за рахунок збільшення відстані від джерела шуму до розрахункової точки. Всередині будівлі тихі приміщення повинні розташовуватися далі від гучних приміщень так, щоб їх розділяло кілька інших приміщень. На території підприємства більш гучні цехи необхідно концентрувати в одному-двох місцях. Відстань між тихими приміщеннями (конструкторське бюро, заводоуправління) і гучними цехами повинна забезпечувати необхідне зниження шуму.
4. Акустичне оброблення приміщень. Інтенсивність шуму у приміщеннях залежить не лише від прямого, але і від відбитого звуку, тому для зменшення останнього застосовують звукопоглинаючі облицювання поверхонь приміщення і штучні (об'ємні) поглиначі різних конструкцій, що підвішуються до стелі приміщень. Процес поглинання звуку відбувається шляхом переходу енергії коливних часток повітря у теплоту за рахунок втрат на тертя у пористому матеріалі. Для більшої ефективності звукопоглинання пористий матеріал повинен мати відкриті з боку падіння звуку і незамкнуті пори. Звукопоглинальні матеріали мають коефіцієнт звукопоглинання а > 0,2. У бетону, цегли ця величина не перевищує 0,01-0,05. Звукопоглинальні властивості пористих матеріалів визначаються товщиною шару, частотою звуку, наявністю повітряного прошарку. Найбільш гучні машини і механізми закривають кожухами, які зазвичай виготовляють з конструкційних матеріалів - сталі, сплавів алюмінію, пластмас та ін. і встилають зсередини звукопоглинаючим матеріалом товщиною 30-50 мм.
5.2