 |
Акустический анализ и расчет шумовой обстановки в производственных помещениях
|
|
|
|
Гигиенические исследования позволяют установить, что шум и вибрация ухудшают условия труда, оказывая вредное воздействие на организм человека. При длительном воздействии шума снижается острота слуха, зрения, повышается кровяное давление, понижается внимание. Сильный и продолжительный шум может быть причиной функциональных изменений сердечно-сосудистой и нервной систем. Вибрации также негативно воздействуют на организм человека: они могут быть причиной расстройств опорно-двигательного аппарата и нервной системы. При этом заболевание сопровождается головными болями, головокружением, онемением рук (при передаче вибраций на руки), повышенной утомляемостью. Длительное воздействие вибраций приводит к развитию так называемой вибрационной болезни, успешное лечение которой возможно только на ранней стадии её развития. Тяжёлые формы вибрационной болезни ведут к частичной или полной потере трудоспособности.
Источниками производственного шума на роботизированных участках являются приводы манипуляторов, вентиляционные установки, трансформаторы, станки, транспортные средства и пр.
Шум — это беспорядочное сочетание звуков различной частоты и интенсивности. Шум возникает при механических колебаниях в твёрдых, жидких и газообразных средах. Механические колебания с частотами 20 - 20 000 Гц воспринимаются слуховым аппаратом в виде слышимого звука. Колебания с частотой ниже 20 и выше 20 000 Гц не вызывают слуховых ощущений, но оказывают вредное биологическое воздействие на организм человека. Шум, в котором звуковая энергия распределена по всему спектру частот, называется широкополосным. Шум, в котором прослушивается звук определённой частоты, называется тональным. Шум, воспринимаемый как отдельные импульсы (удары), называется импульсным.
|
|
|
При распространении звуковых колебаний в воздухе периодически появляются области разрежения и повышенного давления. Разность давлений в возмущённой и невозмущённой средах называется звуковым давлением P. При этом происходит перенос кинетической энергии, величина которой определяется интенсивностью звука J. Интенсивность звука - это энергия, переносимая звуковой волной через поверхность 1м2, перпендикулярную направлению распространения звуковой волны в секунду.
Интенсивность звука можно выразить через звуковое давление по формулам (5.1),(5.2):
J= νp (5.1)
Или
J = p2/(rс2), (5.2)
где J - интенсивность звука, Вт /м2;
р - среднеквадратическое значение звукового давления, Па;
v - среднеквадратическое значение колебательной скорости частиц в звуковой волне, м/с;
r - плотность среды, кг/м2;
с - скорость распространения звука. Верхняя и нижняя границы интенсивности воспринимаемых человеком звуков называются пороговыми.
Так как человек воспринимает звуки в очень большом диапазоне интенсивностей - от 10-14 до 1 Вт/м2, то принято измерять и оценивать не абсолютные значения интенсивности и звукового давления, а относительные их уровни по отношению к пороговым значениям, выраженные в логарифмической форме в децибелах (дБ). Таким образом, уровень интенсивности в дБ:
LJ = lg (J/J0), (5.3)
где J0 - пороговый уровень интенсивности (порог слышимости, равный 10-14 Вт/м2).
Поскольку интенсивность звука пропорциональна квадрату звукового давления, то уровень звукового давления в дБ определяется так:
|
|
|
LP = 20 lg (p/p0), (5.4)
где p0 - звуковое давление, соответствующее порогу слышимости (p0 = 2×10-14).
При оценке шумов на производстве в большинстве случаев необходимо рассчитывать уровни звукового давления на рабочих местах в производственных помещениях при одном или нескольких источниках шума. Если в цеху или в другом производственном помещении имеется несколько источников шума с известными характеристиками, то уровень звукового давления на рабочем месте определяют так:
(5.5)
где LP- октавный уровень звукового давления источника шума,
f - фактор направленности источника шума, постоянная S это площадь сектора распространения шума, которая определяется по формуле (5.6),
B - константа для данного помещения, определяемая по формуле (5.7),
коэффициенты c и y определяются по графикам /1/ исходя из (r / lmax) и (В/ /SОГР) соответственно
(где SОГР - площадь всех отражающих поверхностей в помещении,
r- расстояние до источника шума,
lmax - наибольший геометрический размер источника шума).
S = W r2 (5.6)
B = B1000 m, (5.7)
где W - пространственный угол источника шума,
m - константа, определяемая по таблицам в зависимости от объёма помещения.
B1000 определяется по формуле (5.8):
B1000 = V / 20, (5.8)
где V - объём помещения.
Расчёт уровня звукового давления на рабочем месте в производственном помещении произведем при следующих исходных данных.
Пусть в помещении механического участка длиной N = 6м, шириной М = 5м и высотой H = 4м имеется два рабочих места и установлено шумящее оборудование в виде двух источников шума. Фактор направленности источника шума f = 1.6, пространственный угол W = 2p, наибольший геометрический размер источника шума lmax = 1м. Расстояние то источника шума до первого рабочего места r1 = 2м, до второго r2 = 1м. Октавные уровни звукового давления на среднегеометрических частотах f1 = 500 Гц и f2 = 1000 Гц равны соответственно 90 дБ и 75 дБ. Требуется определить уровни звукового давления на рабочих местах и требуемое снижение шума.
|
|
|
Решение:
Сначала рассчитаем уровни звукового давления на рабочих местах и требуемое снижение шума для частоты f1 = 500 Гц.
Для решения воспользуемся формулой (5.5)
Т.к. r ³ 2 lmax, то величина S будет определяться по формуле (5.6).
S1 = W r12 =2p r12 = 2 × 3.14 × 22 = 25.12;
S2 = W r22 =2p r22 = 2 × 3.14 × 12 = 6.28.
Коэффициент c находится по графику исходя из отношения r / lmax.
Для r1 / lmax = 2/1 = 2, c = 1. Для r2 / lmax = 1/1 = 1, c = 2.
Постоянную Bищем по формуле (5.2.7), а B1000 по формуле (5.8).
Объём помещения равен
V = M × N × H = 6 × 5 × 4 = 120 м2.
Тогда B1000 = V/20 = 6 м2.
Коэффициент m определяется по таблицам из /1/ и равен 0.8.
B = B1000 m = 6 × 0.8 = 4.8 м2.
Постоянную y ищем по графику /1/ по отношениюВ / SОГР. Площадь ограничивающих поверхностей
SОГР = 2 × (6 × 5 + 5 × 4 + 4 × 6) = 148 м2.
Тогда В / SОГР = 0.0324 и y = 1.
В итоге
1 · 1.6 4 · 1
L1 = 90 + 10lg ———— + ——— = 89.51 дБ;
25.12 4.8
2 · 1.6 4 · 1
L2 = 90 + 10lg ———— + ——— = 91.27 дБ.
6.28 4.8
Теперь рассчитаем уровни звукового давления на рабочих местах и требуемое снижение шума для частоты f2 = 1000 Гц.
S1 = W r12 =2p r12 = 2 × 3.14 × 22 = 25.12 м2;
S2 = W r22 =2p r22 = 2 × 3.14 × 12 = 6.28 м2.
Коэффициент c для r1 / lmax = 2/1 = 2, c = 1.
Для r2 / lmax = 1/1 = 1, также c = 2.
Объём помещения
V = M × N × H = 6 × 5 × 4 = 120 м2.
B1000 = V/20 = 6 м2.
Коэффициент m равен 1.
В итоге B = B1000 m = 6 × 1 = 6 м2.
SОГР = 2 × (6 × 5 + 5 × 4 + 6 × 4) = 148 м2.
Тогда В / SОГР = = 0.0405, y = 1.
В итоге
1 · 1.6 4 · 1
|
|
|
L1 = 75 + 10lg ———— + ——— = 73.66 дБ;
25.12 6
2 · 1.6 4 · 1
L2 = 75 + 10lg ———— + ——— = 77.28 дБ.
6.28 6
Допустимые значения уровней звукового давления находим по нормативам, которые равны для заданных частот соответственно 83 дБ и 80 дБ. Тогда требуемые уровни снижения шума:
для f1 = 500 Гц DL1 = 89.51 – 83 = 6.51, DL2 = 91.27 - 83 =8.27;
для f2 = 1000 Гц DL1 = 0, DL2 = 0.
|
|
|
