Шум, вибрация и ультразвук

Шум, вибрация и ультразвук 

Шум, вибрация и ультразвук объединяются общим принципом их образования: все они являются результатом  колебания тел, передаваемого непосредственно  или через газообразные, жидкие и  твердые среды. Отличаются они друг от друга лишь по частоте этих колебаний  и различным восприятием их человеком.  

Колебания с частотой от 20 до 20000 гц (герц — единица измерения частоты, равная одному колебанию в секунду), передаваемые через газообразную среду, называются звуками и воспринимаются органами слуха человека как звуки; беспорядочное сочетание таких звуков составляет шум. Колебания ниже 20 гц называются инфразвуками, а выше 20000 гц — ультразвуками; они органами слуха человека не воспринимаются, однако оказывают на него влияние. Некоторые же животные, например собаки, воспринимают на слух более высокие колебания, то есть ультразвук.  

Колебания твердых  тел или передаваемые через твердые  тела (машины, строительные конструкции  и т. п.) называются вибрацией. Вибрация воспринимается человеком как сотрясение при общей вибрации с частотой от 1 до 100 гц, а при локальной (местной)— от 10 до 1000 гц (например, при работе с виброинструментом).  

Четких границ между  шумом, ультразвуком и вибрацией  не сущеетвует, поэтому на пограничных частотах обычно имеет место воздействие на человека двух, а иногда и всех трех вышеуказанных факторов.  

Шум и его влияние  на организм 

Шум представляет собой  беспорядочное сочетание разнообразных  звуков, поэтому для понимания  физических основ образования и  распространения шума, его восприятия человеком и влияния на организм следует рассматривать звук как  составную часть всякого шума, включая и производственный.  

Колебания источника  звука производят попеременное сжатие и разрежение воздуха, образуя волнообразное  колебание его, распространяющееся от источника звука во все стороны  в виде увеличивающихся в объеме сфер. Это называется,распространением звуковой волны. По мере израсходования на колебание воздуха сообщенной источником энергии звуковая волна постепенно затухает, поэтому чем больше энергия источника звука, тем с большей силой происходят колебания воздуха и дальше распространяется звуковая волна. От величины энергии источника звука зависит сила звука, оцениваемая звуковым давлением, которое измеряется в ньютонах на квадратный метр (Н/м2).  

Звуковые волны, встретив на пути распространения любые поверхности (твердые, жидкие), передают им эти колебания. Подобным препятствием звуковой волне  может служить и орган слуха, который состоит у человека из ушной раковины со слуховым проходом (наружное ухо), барабанной перепонки, соединенной с системой слуховых косточек (среднее ухо), и так называемого  кортнева органа с окончаниями слухового нерва (внутреннее ухо). Звуковая волна вызывает колебания барабанной перепонки, которые, приводя в движение систёму косточек среднего уха, передаются окончаниям (рецепторам) слухового нерва, вызывая в них соответствующие нервные импульсы, посылаемые в головной мозг. Более интенсивный звук, то есть с большей энергией колебаний, воспринимается как громкий, менее интенсивный — как тихий.  

Установлено, что  орган слуха человека воспринимает разность изменения звукового давления в виде кратности этого изменения, поэтому для измерения интенсивности  шума используют логарифмическую шкалу  в децибелах относительно порога слышимости (минимальное звуковое давление, воспринимаемое органом слуха) человека с нормальным слухом. Эта величина, равная 2*10-5 ньютон на 1 м2, принята за 1 децибел (дБ).  

При повышении интенсивности  звука создаваемоев звуковой волной давление на барабанную перепонку на определенном уровне может вызывать болевые ощущения. Такая интенсивность звука называется порогом болевых ощущений и находится в пределах 130 дБ.  

Звуковая часть  колебательного спектра, как сказано  выше, имеет огромный диапазон частот — от 20 до 20000 гц. Звуки различных частот даже при одинаковой их интенсивности воспринимаются по-разному. Низкочастотные звуки воспринимаются как относительно тихие; по мере увеличения частоты увеличивается громкость восприятия, но, приближаясь к высокочастотным колебаниям, и особенно к верхней границе звуковой части спектра, громкость восприятия снова падает. Наиболее хорошо ухо человека воспринимает колебания в пределах 500 — 4000 гц.  

Учитывая эти особенности  восприятия, для характеристики звука  или шума в целом надо знать  не только его интенсивность, но и  спектр, то есть частоту колебаний  звуковой волны.  

В условиях производства, как правило, имеют место шумы различной интенсивности и спектра, которые создаются в результате работы разнообразных механизмов, агрегатов  и других устройств. Они образуются вследствие быстрых вращательных движений, скольжения (трения), одиночных или  повторяющихся ударов, вибрации инструментов и отдельных деталей машин, завихрений сильных воздушных или газовых  потоков и т. д. Шум имеет в  своем составе различные частоты, и все же каждый шум можно охарактеризовать преобладанием тех или иных частот. Условно принято весь спектр шумов делить на низкочастотные — с частотой колебаний до 350 гц, среднечастотные — от 350 до 800 гц и высокочастотные — свыше 800 гц.  

К низкочастотным относятся шумы тихоходных агрегатов неударного действия, шумы, проникающие сквозь звукоизолирующие преграды (стены, перекрытия, кожухи), и т. п.; к среднечастотным относятся шумы большинства машин, агрегатов, станков и других движущихся устройств неударного действия; к высокочастотным относятся шипящие, свистящие, звенящие шумы, характерные для машин и агрегатов, работающих на больших скоростях, ударного действия, создающих сильные потоки воздуха или газов, и т. п.  

Производственный  шум различной интенсивности  и спектра (частоты), длительно воздействуя  на работающих, может привести со временем к понижению остроты слуха у последних, а иногда и к развитию профессиональной глухоты. Такое неблагоприятное действие шума связано с длительным ичрезмерным раздражением нервных окончаний слухового нерва во внутреннем ухе (кортиевом органе), в результате чего в них возникает переутомление, а затем и частичное разрушение. Исследованиями установлено, что чем выше частотный состав шумов, чем они интенсивнее и продолжительнее, тем быстрее и сильнее оказывают неблагоприятное действие на орган слуха. При чрезмерно интенсивных высокочастотных шумах, если не будут проведены необходимые защитные мероприятия, возможно поражение не только нервных,окончаний, но и костной структуры улитки, кортиева органа и иногда даже среднего уха.  

Помимо местного действия — на орган слуха, шум  оказывает и общее действие на организм работающих. Шум является внешним раздражителем, который воспринимается и анализируется корой головного мозга, в результате чего при интенсивном и длительно действующем шуме наступает перенапряжение центральной нервной системы, распространяющееся не только на специфические слуховые центры, но и на другие отделы головного мозга. Вследствие этого нарушается координирующая деятельность центральной нервной системы, что, в свою очередь, ведет к расстройству функций внутренних органов и систем. Например, у рабочих, длительное время подвергавшихся воздействию интенсивного шума, особен- но высокочастотного, отмечаются жалобы на головные боли, головокружение, шум в ушах, а при медицинских обследованиях выявляются язвенная болезнь, гиперто- ния, гастриты и другие хронические заболевания.   

Влияние вибрации на организм 

Восприятие вибрации зависит от частоты колебаний, их силы и размаха — амплитуды. Частота  вибрации, как и частота звука, измеряется в герцах, энергия —  в килограммометрах, а амплитуда  колебаний — в миллиметрах. За последние годы установлено, что  вибрация, как и шум, действует  на организм человека энергетически, поэтому  ее стали характеризовать спектром по колебательной скорости, измеряемой в сантиметрах в секунду или. как и шум, в децибелах; за пороговую величину вибрации условно принята скорость в 5*10-6 см/сек. Вибрация воспринимается (ощущается) лишь при непосредственном соприкосновении с вибрирующим телом или через другие твердые тела, соприкасающиеся с ним. При соприкосновении с источником колебаний, генерирующим (издающим) звуки наиболее низких частот (басовые), наряду со звуком воспринимается и сотрясение, то есть вибрация.  

В зависимости от того, на какие части тела человека распространяются механические колебания, различают местную и общую  вибрацию. При местной вибрации сотрясению подвергается лишь та часть тела, которая  непосредственно соприкасается  с вибрирующей поверхностью, чаще всего руки (при работе с ручными  вибрирующими инструментами или  при удержании вибрирующего предмета, детали машины и т. п.). Иногда местная  вибрация передается на части тела, сочлененные с подвергающимися  непосредственно вибрации суставами. Однако амплитуда колебаний этих частей тела обычно ниже, так как  по мере передачи колебаний по тканям, и тем . более мягким, они постепенно затухают. Общая вибрация распространяется на все тело и происходит, как правило, от вибрации поверхности, на которой находится рабочий (пол, сиденье, виброплатформа и т. п.).  

Колебания, передаваемые от вибрирующей поверхности,телу человека, вызывают раздражение многочисленных нервных окончаний в стенках кровеносных сосудов, мышечных и других тканях. Ответные импульсы приводят к нарушениям обычного функционального состояния некоторых внутренних органов и систем, и в первую очередь периферических нервов и кровеносных сосудов, вызывая их сокращение. Сами же нервные окончания, особенно кожные, также подвергаются изменению — становятся менее восприимчивыми к раздражениям. Все это проявляется в виде беспричинных болей в руках, особенно по ночам, онемения, ощущения «ползания мурашек», внезапного побеления пальцев, снижения всех видов кожной чувствительности (болевой, температурной, тактильной). Весь этот комплекс симптомов, характерный для воздействия вибрации, получил название вибрационной болезни. Больные вибрационной болезнью обычно жалуются на мышечную слабость и быструю утомляемость. У женщин от воздействия вибрации, помимо этого, нередко появляются нарушения функционального состояния половой сферы.  

Развитие вибрационной болезни и. других неблагоприятных  явлений зависит в основном от спектрального состава вибрации: чем выше частота вибрации и чем  больше амплитуда и скорости колебаний, тем большую опасность представляет вибрация в отношении сроков развития и тяжести вибрационной болезни.  

Способствуют развитию вибрационной болезни охлаждение тела, главным образом тех его частей, которые подвержены вибрации, мышечные напряжения, особенно статическое, шум  и другие.  

Меры борьбы с  шумом и вибрацией 

Мероприятия по борьбе с шумом и вибрацией во многом однотипны.  

Прежде всего, необходимо обратить внимание на технологический  процесс и оборудование, по возможности  заменить операции, сопровождающиеся шумом или вибрацией, другими. В  ряде случаев можно заменить ковку  металла его штамповкой, клепку и  чеканку — прессованием или электросваркой, наждачную зачистку металла— огневой, распиловку циркулярными пилами — резанием специальными ножницами и т. д. Необходимо следить, чтобы при такой замене не создавались какие-либо дополнительные вредности, которые могут оказывать на работающих более неблагоприятное действие, чем шум и вибрация.  

Устранение или  сокращение шума ивибрации от вращающихся или двигающихся узлов и агрегатов достигается, прежде всего, путем точной подгонки всех деталей и отладки их работы (уменьшение до минимума допусков между соединяющимися деталями, устранение перекосов, балансировка, своевременная смазка и т. п.). Под вращающиеся или вибрирующие машины или отдельные узлы (между соударяющимися деталями) следует прокладывать пружины или амортизирующий материал (резина, войлок, пробка, мягкие пластики и т. п.). В тех случаях, где допустимо по техническим условиям, целесообразно заменить подшипники качения на подшипники скольжения, плоскоременные передачи со вшивным ремнем — на клиновидные, редукторные передачина безредукторные, детали и узлы с возвратно-поступательными движениями — на вращательные.  

Не рекомендуется  вращающиеся части машины (колеса, шестерни, валы и т. п.) размещать  с одной ее стороны: это усложняет  балансировку и приводит к вибрации. Вибрирующие большие поверхности, создающие шум (дребезжащие), такие, как кожухи, перекрытия, крышки, стенки котлов и цистерн при их .клепке или зачистке, галтовочные барабаны и т. п., следует более плотно соединять с неподвижными частями (основаниями), укладывать на амортизирующие подкладки или обтягивать подобным материалом сверху.  

Для предупреждения завихрений воздушных или газовых  потоков, создающих высокочастотные  шумы, необходимо тщательно монтировать  газовые и воздушные коммуникации и аппараты, особенно находящиеся  под большим давлением, избегая  шероховатостей внутренних поверхностей, выступающих частей, резких поворотов, неплотностей и т. п. Для выпуска сжатого воздуха или газа следует использовать не простые краны, а специальные задвижки типа Лудло. Давление воздуха или газа в системах нельзя повышать выше величин, необходимых для данного технологического процесса, для чего желательно устанавливать ограничители давления. Окружная скорость турбин вентиляторов и других вращающихся частей оборудования, увлекающих за собой воздушные потоки, не должна превышать 35 — 40 м/сек. Соединения вентиляторов с воздуховодами, а в ряде случаев газовых и воздушных коммуникаций целесообразно производить мягкими переходами (резиновые, брезентовые рукава, резиновые прокладки на фланцах и т. п.). На выхлопах пневматических установок оборудуются шумоглушители.