umm_2907 - 0 - Библиотека УрГУПС

Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Уральский государственный университет путей сообщения
Кафедра «Техносферная безопасность»
В. Г. Булаев
В. Б. Воронцов
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ШУМ
И ВИБРАЦИЯ
Екатеринбург
Издательство УрГУПС
2011
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Уральский государственный университет путей сообщения
Кафедра «Техносферная безопасность»
В. Г. Булаев
В. Б. Воронцов
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ШУМ
И ВИБРАЦИЯ
Методические указания
к выполнению лабораторных работ
по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»
для студентов всех специальностей
форм обучения
Екатеринбург
Издательство УрГУПС
2011
УДК 658.345
Б90
Булаев, В. Г.
Б90
Производственный шум и вибрация : метод. указания / В. Г. Булаев,
В. Б. Воронцов. – Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2011. – 46, [2] с.
Методические указания к выполнению лабораторных работ составлены в соответствии с программой курса «Безопасность жизнедеятельности».
Рассмотрены физические характеристики шума, его вредное воздействие на организм человека в условиях производства, методы и приборы для измерения.
Могут быть использованы студентами всех специальностей и всех
форм обучения.
УДК 658.345
Печатается по решению редакционно-издательского совета университета.
Авторы: В. Г. Булаев, профессор кафедры «Техносферная
безопасность», д-р техн. наук, УрГУПС, (часть 1)
В. Б. Воронцов, доцент кафедры «Техносферная
безопасность», канд. физ.-мат. наук, УрГУПС, (часть 2)
Рецензенты: О. А. Шерстюченко, ст. преподаватель кафедры
«Техносферная безопасность», УрГУПС
В. В. Мочалин, доцент кафедры «Техносферная
безопасность», канд. биол. наук, УрГУПС
© Уральский государственный университет
путей сообщения (УрГУПС), 2011
Оглавление
Лабораторная работа № 1
Производственный шум........................................................................................ 4
1. Теоретическая часть.......................................................................................... 4
1.1. Общие сведения о производственном шуме................................................. 4
1.2. Физико-физиологические характеристики шума ......................................... 6
1.3. Нормирование шума..................................................................................... 11
1.4. Суммарный уровень шума нескольких источников................................... 14
1.5. Расчет ожидаемого уровня шума................................................................. 15
2. Экспериментальная часть .............................................................................. 18
2.1. Описание лабораторной установки ............................................................. 18
2.2. Краткая характеристика измерителя шума ИШВ-l .................................... 19
2.3. Подготовка прибора и выполнение измерений .......................................... 21
2.4. Порядок проведения работы ........................................................................ 22
3. Форма и содержание отчета о лабораторной работе................................... 24
4. Контрольные вопросы..................................................................................... 25
Библиографический список ................................................................................ 25
Приложение ......................................................................................................... 26
Лабораторная работа № 2
Вибрация машин и механизмов и способы ее снижения ............................... 30
1. Теоретическая часть........................................................................................ 30
1.1. Классификация вибраций. Действие вибраций на человека...................... 30
1.2. Параметры вибрации и их нормирование ................................................... 32
1.3. Мероприятия по устранению вибраций ...................................................... 33
2. Описание лабораторной установки............................................................... 34
3. Измерение параметров вибрации с помощью прибора ВШВ-003-М2 ..... 37
3.1. Измерение уровней виброскорости............................................................. 37
3.2. Измерение уровня виброускорения............................................................. 38
4. Обработка результатов измерения и анализ вибраций ............................. 38
5. Порядок проведения работы .......................................................................... 39
6. Оформление отчета.......................................................................................... 40
7. Контрольные вопросы..................................................................................... 41
Библиографический список ................................................................................ 41
Приложение 1 ...................................................................................................... 42
Приложение 2 ...................................................................................................... 44
3
Лабораторная работа № 1
Производственный шум
Цель работы: закрепить знания о физической сущности шума и методах
нормирования и измерения, привить практические навыки работы с приборами
для измерения шума.
1. Теоретическая часть
1.1. Общие сведения о производственном шуме
Интенсификация производственных процессов часто осуществляется за
счет увеличения мощностей машин и механизмов, скоростей движения их рабочих органов, повышения скоростей обработки и межоперационной транспортировки обрабатываемых деталей и материалов. Это, в свою очередь, приводит
к возрастанию в производственных помещениях шума, который является одним
из наиболее распространенных вредных производственных факторов. Шум оказывает физиологическое и психологическое воздействие на организм человека.
Шум как гигиенический фактор – это совокупность звуков различной частоты и интенсивности, которые воспринимаются органами слуха человека и
вызывают неприятное субъективное ощущение.
Шум как физический фактор представляет собой волнообразно распространяющееся механическое колебательное движение упругой среды, носящее
обычно случайный характер.
Производственным шумом называется шум на рабочих местах, на участках или на территориях предприятий, который возникает во время производственного процесса. Под его действием у человека повышается утомляемость,
снижается производительность труда, ухудшается разборчивость речи и восприятие звуковых сигналов, нарушаются процессы пищеварения и кровообращения, ослабевает цветовосприятие.
Таким образом, под шумом понимают случайное сочетание звуков различных частот и силы, мешающих восприятию полезных звуков или нарушающих тишину, а также звуки, оказывающие вредное или раздражающее действие
на организм человека.
Человеческое ухо – сложный орган, определенные части которого могут
пострадать под воздействием громких звуков. Во внутреннем ухе находятся
чувствительные клетки, которые преобразовывают звук в нервные импульсы,
воспринимаемые мозгом. Под воздействием громких звуков эти чувствительные клетки могут быть повреждены или разрушены. Восстановлению эти клетки не подлежат, в результате возникает постоянное снижение слуха, т. е. профессиональное заболевание – тугоухость.
4
Одно из наиболее отрицательных влияний шума – его аккумулятивный
эффект. Шумовое раздражение накапливается и происходит угнетающее воздействие на нервную систему, начинаются нервно-психологические заболевания.
Человеческое ухо воспринимает звуки частотой от 20 до 20000 Гц. При
решении практических проблем снижения шума используют более узкий диапазон частот; примерно от 60 до 10 000 Гц. Хорошо воспринимаются звуки частотой от 3000 до 5000 Гц (3–5 кГц), эти же звуки производят большое утомляющее действие на человека.
Звуки с частотой ниже 20 Гц называются инфразвуком, с частотой выше
20000 Гц – ультразвуком.
Различают следующие виды шума: воздушный, структурный и ударный.
Воздушный шум – это шум, который передается волновыми колебаниями
воздуха, через открытую дверь, окно, вентиляционный канал, щели, дыры, поры в стенах и перекрытиях квартиры или дома.
Структурный шум – шум, передающийся волновыми колебаниями частиц структуры здания и квартиры: стены, перекрытия, трубы, мусоропровод,
лифт, т. е., как барабан работают стена, пол, потолок.
Ударный шум создается волновыми колебаниями любых частиц от ударов
по ним. По нашему мнению, этот шум больше относится к природе шума, чем к
виду, ведь шум от удара передается и по воздуху, и через структурные элементы здания.
Механический шум возникает в результате работы различных механизмов с неуравновешенными массами вследствие их вибрации, а также одиночных или периодических ударов в сочленениях деталей сборочных единиц или
конструкций в целом. Аэродинамический шум образуется при движении воздуха по трубопроводам, вентиляционным системам.
По характеру нарушения физиологических функций шум разделяется на
такой, который мешает (препятствует языковой связи), раздражающий – (вызывает нервное напряжение и вследствие этого – снижение работоспособности,
общее переутомление), вредный (нарушает физиологические функции на длительный период и вызывает развитие хронических заболеваний, которые непосредственно связаны со слуховым восприятием: ухудшение слуха, гипертония,
туберкулез, язва желудка), травмирующий (резко нарушает физиологические
функции организма человека).
Характер воздействия шума на человека зависит от вида источника и приведен в табл. 1 (с. 6).
5
Таблица 1
Воздействие шума на человека (сравнительная таблица)
Примеры шумового воздействия
Шумовое
воздействие
(дБА)
Реактивный двигатель при взлете (на расстоянии
25 м)
150
Разрыв барабанных
перепонок
Удар грома, ткацкий станок, рок-музыка, сирена
(близкое расстояние), цепная пила
120
Порог боли у человека
Сталепрокатный завод, автомобильный гудок
(расстояние 1 м), стереорепродуктор близко
от уха
110
Порог боли у человека
Метро, подвесной мотор, косилка для газонов,
мотоцикл (расстояние 8 м), трактор, полиграфическое предприятие, отбойный молоток, мусоровоз
100
Серьезная угроза для слуха
(время воздействия – 8 ч)
Оживленная городская улица, дизельный
грузовик, миксер, хлопкопрядильная машина
90
Угроза для слуха (время воздействия – 8 ч), плохая слышимость
Уборка мусора, стиральная машина, типичная
фабрика, товарный поезд (расстояние 15 м), посудомоечная машина, миксер
80
Возможна угроза для слуха
Скоростная автомагистраль (расстояние 15 м),
пылесос, шумный офис, вечеринка, телевизор
70
Раздражающее действие
Разговор в ресторане, обычный офис, музыкальный фон, чириканье птиц
60
Интенсивное воздействие
Спокойный пригород (в дневное время), разговор
в жилой комнате
50
Слабое воздействие на слух
Библиотека, тихий музыкальный фон
40
Слабое воздействие на слух
Спокойная сельская местность (в ночное время)
30
Слабое воздействие на слух
Шепот, шелест листьев
20
Очень слабое воздействие
Дыхание
10
Очень слабое воздействие
Тишина
0
Критический уровень
Эффект
продолжительного
воздействия
1.2. Физико-физиологические характеристики шума
Основными физическими параметрами, характеризующими шум в какойлибо точке пространства, с точки зрения охраны труда, являются звуковое давление P, интенсивность звука I, частота f, звуковая мощность W, уровни звукового давления LP, интенсивности LI и мощности L w.
6
Звуковое давление – это переменная составляющая давления воздуха, возникающая в результате колебания источника звука, накладывающаяся на атмосферное давление и вызывающая его флуктуацию (колебание).
Таким образом, звуковое давление определяется как разность между
мгновенным значением полного давления и средним давлением, которое наблюдается в среде при отсутствии источника звука.
Единица измерения – Па (н/м2).
На слух действует квадрат звукового давления
1 T 2
(1)
ò P (t) dt ,
Tо 0
где То – время осреднения, Т = 30–100 мс;
Р(t) – мгновенное значение полного звукового давления.
При распространении звуковой волны происходит перенос энергии. Количество звуковой энергии, отнесенное к единице поверхности и проходящей в
одну секунду в направлении распространения волн, называется интенсивностью звука.
Интенсивность J и звуковое давление Р связаны между собой соотношением
Р2 =
p2
J=
,
ρc
(2)
где Р – среднеквадратичное значение звукового давления, Па;
r – плотность среды, кг/м3.
с – скорость распространения звука, м/с.
Звуковое давление и интенсивность звука являются характеристиками
звукового поля в определенной зоне пространства и не характеризуют непосредственно источник шума. Характеристикой непосредственно источника шума является его звуковая мощность (W). Эта величина характеризует определенное количество энергии, затрачиваемой источником звука в единицу времени на возбуждение звуковой волны. Звуковая мощность источника определяет
интенсивность генерируемых волн. Чем выше интенсивность данной волны,
тем выше громкость звука. В обычных условиях источник звука излучает энергию независимо от окружающей среды, так же, как электрический камин излучает теплоту.
Единицей измерения мощности источника звука является Ватт (Вт).
В реальных условиях мощность источника звука изменяется в очень широких пределах: от 10-12 до многих миллионов ватт (табл. 2). В таких же широких пределах изменяются звуковое давление и интенсивность.
7
Таблица 2
Звуковая мощность различных источников
Р, Вт
Lp, дБ
Источники шума
(относительно 10-12 Вт)
100 000 000
Стартовый двигатель
200
ракеты «Сатурн»
10 000 000
1 000 000
180
100 000
10 000
160
Самолет «Боинг 707»
140
Оркестр из 75 инструментов
120
Цепная пила по дереву
1 000
100
10
1
0,1
0,01
100
0,001
0,0001
Двигатель среднего автомобиля
80
0,00001
0,000001
Обычный голос
60
0,0000001
0,00000001
40
0,000000001
0,0000000001
Шепот
20
0,00000000001
0,000000000001
0
Ухо человека не может определять звуковое давление в абсолютных
единицах, но может сравнивать давление различных источников звука. Именно
поэтому, а также, учитывая большой диапазон используемого звукового давле8
ния для его определения, пользуются относительной логарифмической шкалой,
которая позволяет резко сократить диапазон значений измеряемых величин.
Каждому делению такой шкалы соответствует изменение интенсивности звука,
звукового давления или другой величины не на определенное число единиц, а в
определенное число раз.
Применение логарифмической шкалы оказалось возможным и удобным
благодаря физиологической особенности нашего слуха – одинаково реагировать на относительно равные изменения интенсивности звука. Например, возрастания интенсивности звука в десять раз (от 0,1 до 1, от 1 до 10 или от 10 до
100 Вт/м2) оцениваются как примерно одинаковые приросты громкости. При
увеличении любого числа в одном и том же отношении его логарифм также
возрастает на одно и то же число единиц (ℓq 10 = 1, ℓq 100 = 2; ℓq 1000 = 3 и
т. д.), что и отражает вышеуказанную особенность слуха.
Десятичный логарифм отношения двух интенсивностей звука называют
уровнем одной из них по отношению к другой L. Единицей измерения уровня
является Бел (Б), ей соответствует отношение уравниваемых интенсивностей,
равное 10. Если они отличаются в 100, 1000, 10000 paз, то уровни имеют разницу соответственно в 2, 3, 4 Бел – слишком большая величина, поэтому в практических измерениях пользуются десятыми долями бела – децибелами (дБ).
Можно измерять в децибелах не только отношения, но и сами величины интенсивностей или звуковых давлений. В соответствии с требованиями международной организации по стандартизации (ИСО) условились за нулевой уровень
звука принять интенсивность, равную J = 10-12 Вт/м2. Это нулевой (пороговый)
уровень звука. Тогда интенсивность любого звука или шума можно записать:
а) уровень интенсивности звука
Lу = 10lq
J
,
Jo
(3)
где Jo – пороговое значение интенсивности, равное 10-12 Вт/м2 ,
б) уровень звукового давления
p2
p
L = 10 lq 2 = 20 lq
,
(4)
po
po
где Ро – пороговое значение звукового давления, равное 2 · 10-5 Па, являющееся
порогом слышимости при частоте 1000 Гц (установлено международным соглашением).
Уровни интенсивности звука и звукового давления связаны следующим
образом:
LJ = L + 10lq
9
ρo co
,
ρc
(5)
где rо и со – плотность среды и скорость звука при нормальных атмосферных
условиях;
r и с – плотность среды и скорость звука в воздухе при замерах.
Пороговые значения Jo подобраны так, что при нормальных атмосферных условиях (r = rо и с = со) уровень звукового давления L равен уровню интенсивности Ly (L = Lу)
в) уровень звуковой мощности
w
Lw = 10lq ,
(6)
w0
где wо – пороговое значение звуковой мощности, равное 10-12 Вт.
Частотный спектр. Зависимость звукового давления или звуковой мощности как физических величин от времени можно представить в виде суммы конечного или бесконечного числа простых синусоидальных колебаний этих величин. Зависимость среднеквадратичных значений этих синусоидальных составляющих (или соответствующих им уровней в децибелах) от частоты называется частотным спектром или просто спектром.
Говоря о спектре, необходимо указывать ширину частотных полос, в которых производится определение спектра. Чаще всего применяются октавные и
третьоктавные полосы. Октавная полоса (октава) – такая полоса частот, в которой верхняя граничная частота fгр.в в два раза больше нижней fгр.н. В третьоктавной полосе соотношение равно 1,26. Полоса частот определяется среднегеометрической частотой
f ср.г. =
f гр.в. × f гр.н. .
(7)
Значения среднегеометрических и граничных частот октавных полос,
принятых для гигиенической оценки шума, приведены в табл. 3.
Таблица 3
Среднегеометрические и граничные частоты октавных полос
Среднегеометрическая частота,
Гц
Диапазон частот,
Гц
31,5
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
20–
45
45–
90
90–
160
180–
355
355–
710
710–
1400
1400
2800
2800–
5600
5600–
11200
В практике нормирования и оценки шума под спектром обычно понимают зависимость уровней звукового давления в октавных или третьоктавных
полосах частот от среднегеометрической частоты этих полос. Спектр представляется в виде таблиц или графиков. Характер спектра, следовательно, и произ10
водственного шума, может быть низкочастотным, среднечастотным и высокочастотным:
– низкочастотный – спектр с максимумом звукового давления в области
частот до 300 Гц;
– среднечастотный – спектр с максимумом звукового давления в области
частот 300 – 800 Гц;
– высокочастотный – спектр c максимумом звукового давления в области
частот свыше 800 Гц.
Шумы также подразделяются:
– на широкополосные, с непрерывным спектром, шириной более одной
октавы (шум подвижного состава, водопада);
– тональные, в спектре которых имеются слышимые дискретные тона
(звон, свист, сирена и т. п.). Тональный характер шума устанавливается измерением в третьоктавных полосах частот по превышению уровня в одной полосе
над соседними не менее чем на 10 дБ.
По временным характеристикам шумы разделяются на постоянные, уровень которых за восьмичасовой рабочий день изменяется во времени не более
чем на 5 дБ, и непостоянные, уровни которых постоянно меняются более чем
на 5 Дб.
Человек различает звуки по их частоте и громкости. Высоту звука определяет его частота, а громкость – его интенсивность. Чем выше частота, тем более высоким воспринимается звук.
1.3. Нормирование шума
Нормируемые параметры шума на рабочих местах, жилых и общественных зданиях определены ГОСТ 12.1.003-83, СН 2.2.4/2.8.562-96.
Различают два вида нормирования производственного шума: гигиеническое и техническое. Под гигиеническим нормированием понимают ограничение
эмиссии шума, т. е. ограничение уровней шума, воздействующего на человека,
находящегося в зоне действия источников шума. В основу санитарного нормирования шума положен принцип сохранности слухового восприятия, те установления научно-обоснованных предельно допустимых величин шума, которые
при систематическом воздействии в течение многих лет не могут вызвать заболевания организма человека.
Цель гигиенического нормирования – обоснование допустимых уровней
и комплекса гигиенических требований, обеспечивающих предупреждение
функциональных расстройств и заболеваний.
Предметом технического нормирования является ограничение интенсивности излучения источников шума из условий обеспечения допустимых уровней шума на рабочих местах. Цель технического нормирования – предоставление возможности проектировщикам производственных помещений и потребителям машиностроительной продукции подбирать машины и оборудование с
требуемыми акустическими характеристиками, а создателям нового оборудова11
ния еще на стадии проектирования определять необходимость проведения технических и организационных мероприятий по борьбе с шумом.
Норма шума – максимально допустимые уровни звукового давления, воздействие которого не вызывает негативного и необратимого явления на организм человека. Таким образом, нормы это компромисс между гигиеническими
требованиями и техническими возможностями на данном этапе развития техники.
Существуют два метода нормирования шума.
1. Нормирование по предельному спектру (спектральная оценка шума).
2. Нормирование уровня звука в дБА (интегральная оценка).
В соответствии с рекомендациями ИСО интенсивность шума, действующего на органы слуха, оценивается частотной характеристикой предельно допустимого уровня звукового давления в девяти октавных полосах со среднегеометрическими частотами (см. выше).
Совокупность таких уровней называется предельным спектром. Номер
предельного спектра численно равен уровню звукового давления в октановой
полосе со среднегеометрической частотой 1000 Гц в спектре допустимых уровней шума (например, ПС-60), (рис. 1). Каждая из этих кривых представляет собой геометрическое место точек равногромких тонов различной частоты. Отсюда следует, что наибольшим раздражающим эффектом при одинаковых
уровнях звукового давления обладает звук, частота которого выше.
Метод нормирования постоянного шума в октавных полосах частот является основным при исследованиях и разработках мероприятий по снижению
шума. Способ применим для постоянных шумов и разработан с учетом восьмичасового рабочего дня. Шум считается допустимым, если измеренные уровни звукового давления во всех октавных полосах нормируемого диапазона будут ниже значений, определяемых соответствующим предельным спектром.
12
Нормируемыми параметрами шума являются уровни звукового давления
в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 37, 63, 125, 250, 500,
1000, 2000, 4000 и 8000 Гц и эквивалентный (по энергии) уровень звука в децибелах (шкала А). Допустимые уровни шума на рабочих местах не превышают
соответственно 110, 94, 87, 81, 78, 75, 73 дБ, а по шкале А – 80 дБ.
Чтобы получить акустическую характеристику помещения или машины,
необходимо сделать 9 измерений, т. е. работа становится трудоемкой. Кроме
того, данный способ не позволяет производить оценку импульсных шумов, так
как он предназначен для измерения только широкополосного шума.
Непостоянный шум нормируется общим уровнем звука. При этом методе измеряют скорректированный по частоте общий уровень звукового давления
во всем диапазоне частот.
Поскольку ухо менее чувствительно к низким и более чувствительно к
высоким частотам, для получения показаний, соответствующих восприятию
человека, в шумомерах используют систему корректированных частотных характеристик – шкалы А, В, С, D и линейную шкалу, которые отличаются по
восприятию. В практике применяется в основном шкала А.
Измеряют уровень звука в дБА шумомером со специальной корректирующей частотной характеристикой со сниженной чувствительностью на низкие частоты (шкала А).
Коррекция шумомера по шкале «А» приближено воспринимает ход кривой, равной громкости субъективного восприятия с уровнем 40 дБ. В этом случае производится интегральная оценка всего шума, в отличие от спектральной
оценки. Характеристика приборов скорректирована по частоте так, что измерения по шкале А объективно близки к субъективному восприятию человеком
шума. При представлении данных измеренного уровня звукового давления по
шкале А результат (называют уровнем звука или шума) записывают с добавлением после дБ буквы А – дБА. Нормирование уровня шума в дБА позволяет
значительно сократить объем измерений (одно вместо девяти) и упростить обработку результатов измерений. Этим и объясняется переход многих стран на
измерение шума в дБА. Однако у этого способа измерения есть недостаток: не
учитывает частотную характеристику шума в случае превышения норм. Этот
способ может быть использован для ориентировочной оценки постоянных и
непостоянных шумов. Уровень звука связан с предельным спектром зависимостью
LP дБА = ПС + 5 .
Анализ нормируемых величин показывает, что в основу санитарных норм
положены ограничения звукового давления в пределах октав, учет характера
шума и особенности туда. Нормы зависят от физических параметров шума и от
условий труда, но не зависят от источника шума и в этом отношении являются
универсальными.
Значения допустимых уровней звукового давления для постоянных рабочих мест приведены в табл. 1 приложения. Эти нормы даны для условия воз13
действия шума в течение всего рабочего дня (смены). При времени пребывания
на рабочем месте менее 8 часов, допустимые значения уровней звукового давления корректируются. Поправки к октавным уровням даны в табл. 2. приложения.
По нормативам максимальный уровень звука (шума) в квартирах в зависимости от типа дома с 7 до 23 часов 50–55 дБ, а с 23 до 7 часов 40–45 дБ.
В диапазоне шумового воздействия от 120 дБ до 90 дБ в обязательном
порядке необходимо использовать средства защиты слуха – беруши. В диапазоне от 70 дБ до 80 дБ желательно использовать беруши.
При интенсивности звука шум свыше 90дБ может повредить слух, свыше
140 дБ вызывает БОЛЬ, а в 160 дБ деформируются барабанные перепонки.
1.4. Суммарный уровень шума нескольких источников
Если в точку пространства приходят звуковые волны от нескольких источников, то суммируется их интенсивность, т. е.
n
J = å Ji ,
i +1
(8)
где Ji – интенсивность i-го источника шума;
n – общее число источников звука.
Общий уровень звукового давления определяется по формуле
n
L = 10lq å100,1Li .
i +1
(9)
Если имеется n одинаковых источников шума, каждый из которых создает уровень звукового давления L1 (L1 = L2 – L1), то суммарный уровень будет
L = Li + 10 lqn .
(10)
При совместном действии двух источников шума с различными уровнями
звукового давления L1 и L2 суммарный уровень определяется по формуле
L = L1 + ΔL ,
(11)
где L1 – больший уровень звукового давления из двух источников шума, дБ;
D – L добавка, определяемая по табл. 3 в зависимости от величины разности уровней звукового давления этих источников (L1 – L2), дБ.
При нескольких источниках шума суммирование производится последовательно, начиная с максимального. Сначала следует определить разность двух
складываемых уровней, затем – соответствующую этой разности добавку. По14
сле этого добавку следует прибавить к большему из складываемых уровней.
Полученный уровень складывают со следующим и т. д.
1.5. Расчет ожидаемого уровня шума
Составной частью конструирования машины или транспортного средства
является шумовая характеристика. Шумовая характеристика машины согласно
ГОСТ 8.055-73 представляет собой совокупность уровней звуковой мощности
машины в стандартных октавных полосах частот.
Зная шумовую характеристику машины, можно с помощью акустических
расчетов найти величину октавного уровня звукового давления на рабочем месте.
В замкнутом объеме (помещении) акустическое поле, создаваемое источником шума, определяется как прямыми звуковыми волнами, излучаемыми непосредственно самим источником, так и отраженными от ограждающих объем
поверхностей.
15
Таблица 4
Добавка для определения суммарного уровня шума
Разность двух
складываемых
уровней, дБ
Добавка к более высокому
уровню, необходимая для
получения
суммарного
уровня, дБ
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
15
20
3
2,5
2
1,8
1,5
1,2
1
0,8
0,6
0,5
0,4
0,2
0
16
Зона прямого звука – часть акустического поля, расположенная вблизи
источника шума, которая может рассматриваться как свободное акустическое
поле.
Зона отраженного звука – часть акустического поля, в котором отраженные волны преобладают над прямым звуком.
Октавные уровни звукового давления L в дБ в расчетных точках на рабочих местах в помещении, в которых один источник шума следует определять:
а) в зоне прямого и отраженного звука по формуле
æ xФ 4y ö
L = Lp + 10 lq ç
+
÷;
В ø
è S
б) в зоне прямого звука по формуле
L = Lp + 10 lq
xy
;
S
(12)
(13)
в) в зоне отраженного звука по формуле
L = Lp - 10 lq B + 10 lq Ψ + 6,
где Lp – октавный уровень звуковой мощности, дБ;
х – коэффициент, учитывающий влияние ближнего акустического поля;
Ф – фактор направленности источника шума;
S – площадь воображаемой поверхности правильной геометрической
формы, окружающей источник и проходящей через расчетную точку, м2;
В – постоянная помещения;
y – коэффициент, учитывающий нарушение диффузности звукового поля в
помещении.
Значения х, Ф, В и y определяются по СНиП П-12-77.
17
2. Экспериментальная часть
2.1. Описание лабораторной установки
Установка состоит из звуковой камеры и измерителя шума ИШВ-1
(рис. 2).
Рис. 2. Схема установки для исследования шума
Установка состоит из звуковой камеры и измерителя шума ИШВ-1
(рис. 2).
Звуковая камера представляет собой полугерметичный продолговатый
ящик, изготовленный из древесностружечной плиты в два слоя. В нижней части
звуковой камеры расположены на пружинах три источника шума (сирена и два
звонка). Тумблеры для включения источников шума установлены на наружной
стороне звуковой камеры. В верхней части камеры установлен конденсаторный
микрофон, который соединен с измерительной частью измерителя шума, установленной вне камеры.
Для объективного изменения силы шума разработан специальный прибор
– шумомер, по свойствам подобен человеческому уху. В настоящее время имеется много различных модификаций этих приборов: стрелочных и цифровых,
бытовых и профессиональных, дорогих и доступных (рис. 3).
18
Рис. 3. Приборы для замера шума
2.2. Краткая характеристика измерителя шума ИШВ-l
Прибор ИШВ-1 обеспечивает измерение среднеквадратичных значений
общих и октавных уровней звукового давления от 30 до 130 дБ в диапазоне
частот 20–12500 Гц. Шкала индикаторного стрелочного прибора отградуирована в децибелах. В приборе применен измерительный конденсаторный микрофон М-101 для преобразования звуковой энергии в электрическую. Питание
прибора осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В ± 10 %.
Входной электрический сигнал от микрофона поступает в предусилитель, конструктивно соединенный с микрофоном. На входе прибора (лицевая
панель на рис. 3) имеется делитель напряжения для деления напряжения входного сигнала от 30 до 90 дБ. Рукоятка переключателя ступеней на панели обозначена «Делитель 1». Далее сигнал поступает на вход первого усилителя, после усиления – на переключатель «род измерения». После этого сигнал поступает на переключатель «делитель II», являющийся делителем напряжения до
40 дБ, а далее – на второй усилитель и стрелочный прибор.
Значение измеряемой величины определяется сложением показаний переключателей «делитель 1», «делитель II» и стрелочного прибора.
Для измерения уровней звукового давления в октавных полосах в измерительном приборе имеются пассивные RC фильтры, настроенные соответственно на 31,5 63, 125, 250, 500...8000 Гц. Кроме того, имеются RC фильтры А,
В, С с частотными характеристиками, близкими к характеристикам чувствительности уха человека, соответственно при уровнях громкости 40, 70, 90 дБ
при частоте 1000 Гц.
19
ИШВПитание
Частота
звук
Вибр.
вход
Конт
р.
Лин
Отк
л.
Ф
Б
Медл
каДелительI
Род измер.
ДелительII
Род
Рис. 4. Лицевая панель измерительного прибора ИШВ-1
20
вы-
2.3. Подготовка прибора и выполнение измерений
Подготовка прибора к работе
Установите переключатель «Род работы» в положение «Контроль питания» и вставьте вилку сетевого шнура в розетку 220 В. При этом сигнальная
лампочка должна мигать, а стрелка прибора находиться в секторе «Батарея».
После пятиминутного прогрева прибор готов к работе.
Измерение суммарного уровня звукового давления
Установить переключатели на передней панели прибора в следующие положения:
«делитель I» – в положение «80»;
«делитель II» – в положение «40»;
тумблер назначения прибора – в положение «звук»;
«род измерения» – в положение «лин»;
«род работы» – в положение «Быстро».
После подготовки прибора к измерению включаются источники шума и
производится отсчет. Если стрелка прибора находится в левой части шкалы, то
ее следует вывести в правую часть изменением положения сначала переключателем «делитель 1», а затем – вторым переключателем «делитель II».
Отсчет по прибору производится сложением показаний переключателей
«делитель 1», «делитель П» и стрелочного прибора.
Например, пусть при измерении уровня звукового давления переключатели были в следующих положениях:
«делитель 1» – в положение «50»;
«делитель II» – в положение «40».
По шкале прибора – 7.
Тогда результат измерения в децибелах будет
50 + 40 + 7 = 97 дБ .
Измерение уровней звукового давления
в октавных полосах
Измерение уровней звукового давления в октавных полосах частот производится только после измерения по характеристике «лин» (линейная).
При этом переключатель «род измерения» следует установить в положение «фильтры», а переключатель «частота Hz» поочередно в положение 63, 125,
... 8000.
При измерении уровней звукового давления в октавных полосах следует
пользоваться только переключателем «делитель II», а переключатель «делитель
1» остается в том положении, которое было при отсчете суммарного уровня
21
звукового давления. Переключатель «делитель II» устанавливается в такое положение, чтобы стрелка прибора была в правой части шкалы. Отсчет ведется
так же, как при измерении суммарного уровня.
При измерении уровней звукового давления в октавных полосах частот
пользоваться переключателем «делитель 1» не допускается.
При измерении низкочастотных составляющих сигнала могут возникать
флюктуации стрелки показывающего прибора. Для устранения флюктуации
следует переключатель «род работы» установить в положение «медленно».
Измерение уровня звука по шкале «А»
Для измерения уровня звука переключатель «род измерения» следует установить в положение «А».
Остальные операции измерения аналогичны тем, которые делаются при
измерении суммарного уровня звукового давления.
Примечание. Тумблеры источников шума следует держать включенными
только во время измерения. После окончания измерения переключатель «род
работы» прибора установите в положение «откл.» и отключите тумблер включения источника шума.
2.4. Порядок проведения работы
1. Ознакомьтесь с лабораторной установкой, методикой измерения и
принципом действия шумомера ИШВ-1.
2. Подготовьте протокол для занесения результатов измерений и расчетов
(табл. 3 приложения).
3. Подготовьте прибор ИШВ-1 для измерений.
4. Получите от преподавателя сведения об исследуемых источниках шума (номера источников) и характеристики условий труда для выбора нормируемых уровней звукового давления.
5. Произведите измерения уровней звукового давления (L1 и L2) в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 31,5, 63, 125, ..., 8000 дБ и
уровня звука по шкале «А» (L1А и L2А) каждого источника и двух вместе включенных. Результаты измерений занесите в протокол соответственно в первую,
вторую и третью строчки.
6. Рассчитайте по формуле (9) или (11) суммарной уровень звукового
давления (Lрасч) для каждой октавной полосы и суммарный уровень звука по
шкале «A» (LрасчА).
Результаты расчета занесите в четвертую строку протокола.
7. Выберите и запишите в пятой строке протокола нормируемые уровни
звукового давления (Lн), при этом следует воспользоваться данными табл. 1 и 2
приложения (см. также п. 4 подраздела 2.4.)
8. Определите требуемое снижение уровня звукового давления (эффек22
тивность мероприятий по снижению шума DLтр) для каждой октавной полосы
частот и для уровня звука по шкале «А». Для этого из значения суммарного
уровня звукового давления двух источников, измеренного прибором (третья
строка протокола), следует вычесть нормируемое значение (пятая строка протокола). Данные занесите в шестую строку протокола.
9. Напишите выводы, которые должны отражать цель работы и толкование причин расхождения данных суммарного уровня звукового давления расчетного и измеренного (отраженный звук не учитывается).
23
3. Форма и содержание отчета о лабораторной работе
Кафедра «Техносферная безопасность»
.
ОТЧЕТ
о лабораторной работе «Производственный шум»
Фамилия и инициала студента
Группа _____
Дата выполнения ________
Содержание
– задание или цель работы;
– схема (эскиз) лабораторной установки;
– перечень измерительных приборов с указанием типа, класса, заводского
номера, пределов измерения;
– ход выполнения работы;
– необходимые формулы;
– протокол измерений и расчетов;
– выводы.
Работу выполнил ____________
подпись
Работу проверил:_______________________________
дата, подпись
24
4. Контрольные вопросы
1. Что такое шум, классификация шума.
2. Физико-физиологические характеристики шума.
3. Методы нормирования шума.
4. Как определяется суммарный уровень шума нескольких источников?
5. Что такое шумовая характеристика машины и где она используется?
6. Методы и средства измерения производственного шума.
Библиографический список
1. Кукин П. П., Лапин В. Л., Пономарев И. Л. и др. Безопасность жизнедеятельности. Безопасность технологических процессов и производств (охрана труда). – М. : Высш. шк., 2002.
2. ГОСТ 12.1.003-83. ССБТ. Шум. Общие требования безопасности. – М. : Издво стандартов, 1983.
3. Строительные нормы и правила. Нормы проектирования. Защита от шума.
СНиП П-12-77. – М. : Изд-тво стандартов. – 1978.
4. СН 2.2.4/2.562-96. Шум на рабочих местах, в помещениях, жилых и общественных зданиях и на территории жилой застройки. – М. : Изд-во стандартов.
– 1996.
25
Приложение
Таблица 1
Нормы допустимых уровней шума
(извлечение из ГОСТ 12.1.030-83, и СН 2.2.4/2.562-96)
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
Уровень
шума и эквивалентный
уровень звука, дБА
1. Помещения,
классные аудитории, учебные
кабинеты,
читальные залы
63
52
45
39
35
32
30
28
40
2. Помещения
управления, рабочие кабинеты
79
70
63
58
55
52
50
49
60
3. Кабины машинистов локомотивов,
наблюдения, дистанционного наблюдения
94
87
82
78
75
73
71
70
80
4. Постоянные
рабочие места в
производственных помещениях
99
92
86
83
80
78
76
74
85
5. Жилые комнаты
квартир,
домов отдыха,
детские учреждения
55
44
35
29
35
22
20
10
30
Рабочее
место
Уровень звукового давления в дБ в октавных полосах
со среднегеометрическими частотами
26
Таблица 2
Поправки к октавным уровням звукового давления
и уровням эквивалентного звука в дБ
Суммарная длительность
воздействия за смену
Характер шума
широкополосный
тональный или
импульсный
от 4 до 8 ч
0
-5
от 1 до 4 ч
+6
+1
от 1/4 до 1 ч
+12
+7
от 5 до 15 мин
+18
+13
менее 5 мин
+24
+19
27
Таблица 3
Протокол результатов измерений и расчетов уровня звукового давления
№
строчПоказатели
ки
1
Измеренное значение
L1 первого источника
(N …)
2
Измеренное значение
L2 второго источника
(N …)
3
Измеренное суммарное
значение L двух источников
4
Расчетное суммарное
значение Lрасч. двух источников
5
Нормируемое значение
LH
6
Требуемое снижение
DLтр
Уровни звукового давления, дБ в октавных полосах
со среднегеометрическими частотами, Гц
63
125
250
500
1000
2000
4000 8000
28
Уровень
звука,
дБА
Лабораторная работа № 2
Вибрация машин и механизмов и способы ее снижения
Цель работы:
1. Изучить действия вибрации на человека и способы ее снижения.
2. Изучить работу приборов, применяемых для измерения вибраций
(ВШВ-003-2М, генератор сигналов ГС), познакомиться с методами измерения
параметров вибрации.
3. Исследовать эффективность виброизоляции стационарных машин с
вертикальной вынуждающей силой на примере пружин и упругих прокладок.
1. Теоретическая часть
1.1. Классификация вибраций. Действие вибраций на человека
Вибрацией называют механические колебания упругих тел или колебательные движения механических систем под действием переменного физического поля.
По способу передачи на человека вибрация подразделяется:
– на общую, передающуюся через опорные поверхности на тело сидящего
или стоящего человека. Общей вибрации подвергаются работники локомотивных и поездных бригад, путевых и строительных машин, водители автомобилей, пассажиры и др.;
– локальную, передающуюся через руки человека. Локальной вибрации
подвергаются работающие с ручным и пневматическим инструментом.
По направлению действия вибрацию подразделяют в соответствии с направлением осей ортогональной системы координат:
Для общей вибрации направление осей Х0, Y0, Z0 и их связь с телом человека показаны на рис.1, а. Ось Z0 – вертикальная, перпендикулярная к опорной
поверхности, ось Х0 – горизонтальная от спины к груди; ось Y0 – горизонтальная от правого плеча к левому.
Для локальной вибрации направление осей XЛ, YЛ, ZЛ и их связь с рукой
человека показаны на рис.1, б. Ось ХЛ – совпадает или параллельна оси места
охвата источника вибрации (рукоятки, ложемента, рулевого колеса, рычага
управления, обрабатываемого изделия, удерживаемого в руках). Ось ZЛ лежит в
плоскости, образованной осью ХЛ и направлением подачи или приложения силы, и направлена вдоль оси предплечья. Ось YЛ направлена от ладони.
По источнику возникновения общая вибрация подразделяется на транспортную, транспортно-технологическую и технологическую.
30
а) общая вибрация
Положение стоя
Положение сидя
б) локальная вибрация
При охвате цилиндрических, торцовых и близких к ним поверхностей:
При охвате сферических поверхностей:
Рис. 1. Направление координатных осей при действии вибрации
Транспортная вибрация возникает в результате движения машин по местности. Ее создают поезда, тракторы, строительно-дорожные и другие самоходные машины.
Транспортно-технологическая вибрация возникает при работе машин,
выполняющих технологическую операцию при перемещении. Источниками
этой вибрации являются: экскаваторы, подъёмные краны, путевые машины, бетоноукладчики, напольный производственный транспорт.
Технологическая вибрация возникает при работе стационарных машин,
или передаётся на рабочие места, не имеющие источников вибрации.
Ее создают станки, кузнечнопрессовое оборудование, электрические машины, насосные агрегаты, вентиляторы и другие стационарные машины и установки.
С точки зрения реакции на механические колебания человек представляет
некоторую механическую систему, в которой внутренние органы и отдельные
части тела можно рассматривать как колебательные микросистемы, имеющие
различные сосредоточенные массы и соединённые между собой упругими элементами.
31
При частоте колебаний ниже 1 Гц тело человека движется как единое целое – внутренние органы не испытывают относительных перемещений. Такие
колебания хотя и неприятны, но не опасны (качка). Следствием такой вибрации
является морская болезнь. Большинство внутренних органов имеют собственную частоту колебаний в диапазоне 6–9 Гц. Воздействие на организм человека
внешних колебаний с такими же частотами очень опасно, так как они могут вызвать механические повреждения или даже разрыв органов. Длительное воздействие интенсивной общей вибрации может быть причиной вибрационной болезни – нарушений физиологических функций организма, обусловленных преимущественно воздействием вибрации на центральную нервную систему.
Эти нарушения проявляются в виде головных болей, головокружений,
плохого сна, раздражительности, пониженной работоспособности, нарушений
сердечной деятельности.
При частотах выше 100 Гц вибрация может действовать только как локальная. Локальная вибрация при длительном воздействии вызывает спазмы
сосудов, вследствие чего происходит ухудшение снабжения кровью конечностей.
Кроме того, локальная вибрация воздействует на нервные окончания,
мышечные и костные ткани, выражающиеся в нарушении чувствительности
кожи, окостенений сухожилий мышц, болях и отложениях солей в суставах
кистей рук и пальцев, что приводит к деформациям и уменьшению подвижности суставов. Одновременно наблюдаются нарушения деятельности центральной нервной системы.
Организм особенно чувствителен к вертикальным сотрясениям, когда человек стоит на вибрирующей поверхности. Наиболее вредным для человека является одновременное действие вибрации, шума и низкой температуры.
1.2. Параметры вибрации и их нормирование
1.2.1. Вибрация характеризуется тремя параметрами: смещением из положения равновесия, колебательной скоростью и колебательным ускорением.
Исходя из психофизиологических соображений и для удобства вычислений, параметры вибрации выражают в логарифмических единицах. Эти логарифмические единицы называют уровнями, выражают в децибелах и обозначают буквой L с соответствующим индексом:
– уровень смещения L = 20 lg
x
;
x0
V
;
V0
a
– уровень колебательного ускорения La = 20 lg ,
a0
– уровень колебательной скорости Lv = 20 lg
где x0, V0, a0 – опорные значения, установленные международными соглашениями: x0 = 8 10-12 м; V0 = 5 · 10-8 м/с; a0 = 3 · 10-4 м/с2.
32
В практике вибрации обычно измеряют и нормируют в октавных полосах
частот, т. е. полосах, у которых отношение граничных частот fгр2/fгр1 = 2.
Октавные полосы стандартизированы международным соглашением. Для
общей вибрации среднегеометрические частоты октавных полос образуют следующий ряд: 1; 2; 4; 8; 16; 31,5; 63; для локальной вибрации: 8; 16; 31,5; 63;
125; 250; 500; 1000 Гц.
1.2.2. Нормируемыми характеристиками вибрации, определяющими ее
воздействие на человека, являются среднеквадратичные значения виброскорости V в м/с и виброускорения a в м/с2 или их логарифмические уровни LV и La в
дБ соответственно.
Вибрация, воздействующая на человека, нормируется отдельно для каждого установленного направления в каждой из октавных полос.
Гигиенические нормы вибрации, воздействующей на человека в производственных условиях, указаны в СН 2.2.4/2.1.8.565-96 «Производственная
вибрация. Вибрация в помещениях и общественных зданиях» (Приложение 1).
Нормируемыми параметрами вибрации на подвижном составе являются уровни амплитудных значений колебательной скорости Lv и колебательного ускорения La, а также учитывается повторяемость этих величин (СН 2.9.4/21.8.566-96).
На локомотивах вибрации нормируют по ускорениям (12.2.056-81).
Допустимые уровни вибраций для основных видов работ устанавливаются ГОСТ 12.2.056 – 2004 «Вибрационная безопасность и общие требования».
1.3. Мероприятия по устранению вибраций
Общие мероприятия по борьбе с вредным воздействием вибрации можно
объединить в три группы: инженерно-технические, организационные и профилактические.
Инженерно-технические мероприятия включают в себя внедрение вибробезопасных машин, применение средств виброзащиты, снижающих вибрацию,
воздействующую на работающих, на путях ее распространения; проектировочными решениями технологических процессов и производственных помещений,
обеспечивающими гигиенические нормы вибрации на рабочих местах.
Организационные мероприятия включают в себя контроль за монтажом
оборудования, своевременным и качественным проведением плановопредупредительного обслуживания и ремонта, выполнением правил технической эксплуатации машин и агрегатов.
Лечебно-профилактические мероприятия обеспечивают необходимый
микроклиматический режим и комплекс физиотерапевтических процедур (водные ванны, массаж, гимнастика и ультрафиолетовые облучения).
33
Основными направлениями борьбы с вибрацией машин и оборудования
являются:
– снижение вибрации в источнике возникновения путем усовершенствования кинематических схем и улучшением работы механизмов;
– исключение резонансных режимов, т. е. отстройка собственных частот агрегата и его отдельных узлов и деталей от частоты вынуждающей силы;
– вибродемпфирование – уменьшение уровня вибрации защищаемого объекта путем превращения энергии механических колебаний данной колеблющейся системы в другие виды энергии;
– увеличение потерь энергии механических колебаний может производиться:
1) использованием в качестве конструктивных материалов, материалов с
большим внутренним трением;
2) нанесением слоя упруго-вязких материалов, обладающих большими
потерями на внутреннее трение;
3) использованием поверхностного трения;
– виброгашение – уменьшение уровня вибрации защищаемого объекта
путем введения в систему дополнительных реактивных сопротивлений
(установка виброгасителей);
– виброизоляция – уменьшение уровня вибрации защищаемого объекта
путем уменьшения передачи колебаний этому объекту от источника колебаний.
Виброизоляция осуществляется посредством введения в колебательную
систему дополнительной упругой связи, препятствующей передаче вибрации от
машины-источника колебаний – к основанию или смежным элементам конструкции; эта упругая связь может также использоваться для ослабления передачи вибраций от основания на человека, либо на защищаемый агрегат.
2. Описание лабораторной установки
Лабораторная установка, представленная на рис. 2, предназначена для
измерения виброскорости и виброускорения.
Она включает в себя следующие компоненты:
1 – вибростенд;
2 – вибростол;
3 – набор сменных виброзащитных модулей;
4 – объект виброзащиты;
5 – вибродатчик;
6 – крепеж для навесных грузов;
7 – измеритель вибрации;
8 – генератор сигналов.
34
Рис. 2. Лабораторная виброустановка
Вибростенд 1 состоит из электромагнитной системы возбуждения вибраций, смонтированной на магнитопроводящем корпусе. Между вибростолом 2 и
объектом виброзащиты 4 устанавливаются виброзащитные модули 3. Они
представляют собой две пластины, между которыми в зависимости от вида
виброзащиты устанавливаются виброизоляторы в виде пружин или виброизолирующая прокладка из звукопоглощающего материала. Объект виброзащиты
позволяет устанавливать на нем дополнительные металлические пластины для
изменения массы защищаемого объекта: имеется крепеж для навесных грузов 6.
Направление воздействия вибрации осуществляется только в вертикальном направлении.
Генератор сигналов 8 предназначен для возбуждения вибрационных колебаний вибростола 2. Внешний вид передней панели используемого генератора УХЛ дан на рис. 3,
где 1 – цифровой светодиодный индикатор;
2 – две кнопки переключения поддиапазонов 2–20 Гц, 20–200Гц, 200–2000 Гц;
3 – ручка плавной регулировки частоты в поддиапазоне;
4 – ручка плавной регулировки амплитуды сигналов;
5 – выходные клеммы для подключения нагрузки.
35
ГЕНЕРАТОР СИГНАЛОВ
4
Гц
6
2
кГц
8
0
частота
10
U вых
4 Ом
ОСТ
1
2
3
4
5
Рис. 3. Внешний вид и назначение органов управления генератора сигналов
Сигналы, задаваемые генератором, подаются на вибростол 2, затем механические колебания передаются датчику приемнику ДН-4, закрепленному на
объекте виброизоляции (рис. 2).
Пьезоэлектрический вибродатчик ДН-4 преобразует механические колебания объекта виброизоляции в электрические сигналы, пропорционально величине виброскорости или виброускорения (в зависимости от типа датчика
приёмника), которые после усиления поступают на вход прибора ВШВ-003-М2
(рис. 4), проградуированного в децибелах действующих уровней виброскорости
и виброускорения. Прибор ВШВ-003-М2 позволяет определять уровень звукового давления и уровень виброскорости в дБ.
ВШВ-003-М2
50 mV
0.4
0.6
m·s-2 0.2
0.8
1
2
0
1
mm/s 0
-5 0 2 4 6 8 3
10
-10
-∞
+∞
dB
m/s2 mm/s
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 dB M-101
3·10-3 0.01 0.03 0.1 0.3 1 3 10 30 100 300 103 m·s-2
×10
0.03 0.1 0.3 1 3 10 30 100 300 103 3·103 104 mm/s
ДМ3 ДМ4
-М1 -М1
ПРГ
1
2
FS
10S
0
Род
работы
0.5 8 16 4 ЛИН А
40 50 60
20 30 40
4
31 10
B
30
70 10
50 0.25 2
63 8
C
20
80 0
1
0.125 1
ОКТ
ДЛТ1, dB
ДЛТ2, dB
ФЛТ, ОКТ ФЛТ, Hz
10 kHz
a
V
kHz
4 kHz
СВ
Hz
ДИФ
Рис. 4. Лицевая панель прибора ВШВ-003-М2
Измерение уровней виброскорости и виброускорения в октавных полосах
частот осуществляется с помощью встроенных в прибор октавных фильтров.
36
Значения измеряемой величины определяются суммированием показателей, соответствующих световому индикатору и шкалы прибора.
3. Измерение параметров вибрации с помощью прибора
ВШВ-003-М2
Работа заключается в измерении уровней виброскорости и виброускорения по общему уровню в позиции ЛИН и в октавных полосах частот при двух
положениях объекта виброизоляции относительно вибростола:
– объект виброизоляции закрепляется на модуле, который жестко связан с
вибростолом;
– между объектом виброизоляции и вибростолом находится виброизолирующий модуль.
По результатам измерений проводятся сравнения полученных величин с
соответствующими нормируемыми (прил. 1) и делаются выводы.
3.1. Измерение уровней виброскорости
3.1.1. Измерения по общему уровню ЛИН
Расположить обьект виброизоляции на вибростоле, подключить генератор ГС к вибростенду и к сети переменного тока, а вибродатчик к измерительному прибору ВШВ-003-М2. Включить прибор и прогреть 1 минуту.
Установить переключатели на передней панели прибора в следующие положения:
Делитель ДЛТ1-80;
Делитель ДЛТ2-50;
Род работ- F;
Род измерений ФЛТ ,Hz-ЛИН;
Все кнопки отжаты.
Подать на вибростенд сигнал с генератора амплитудой 7 V. При этом на
индикаторе прибора высвечивается 130 дБ. Производится отсчёт показаний по
шкале прибора в дБ. Для этого с помощью переключателей ДЛТ1, а затем ДЛТ2
стрелка показывающего прибора выводится в сектор 6-10 его шкалы в дБ. Если
периодически загорается индикатор ПРГ, то следует перевести переключатель
ДЛТ1 на более высокий уровень (влево), пока он не погаснет, затем, если не
удаётся, использовать переключатель ДЛТ2.
Для определения результата измерения следует сложить показание светящегося индикатора по шкале децибел Пи с показанием прибора n. Результат А
подсчитывают по формуле
А = Пи + n.
37
3.1.2. Измерение уровней виброскорости в октавных полосах
Измерение уровней проводится при положении переключателей ФЛТ, Нz;
ФЛТ, Окт.; кнопка а, V нажата. Измерения проводятся в соответствии с методикой изложенной в пункте 3.1.1. Необходимый октавный фильтр включается
переключением ФЛТ, Окт. поочерёдно для значений октав 2….63 Гц. При измерениях могут возникнуть флюктуации (колебания) стрелки прибора, тогда
следует переключить род работ F в положение S.
3.2. Измерение уровня виброускорения
Измерение уровня виброускорения по общему уровню ЛИН и по октавам
проводится так же, как и при измерении уровня виброскорости; кнопка a, V перед началом измерений отжата.
3.2.1. Расположить между объектом виброзащиты и вибростолом жесткий
модуль и произвести измерения по п. 3.1.1–3.1.2.
3.2.2. Расположить между объектом виброзащиты и вибростолом виброзащитный модуль и произвести аналогичные измерения по п. 3.1.1–3.1.2.
4. Обработка результатов измерения и анализ вибраций
4.1. Рассчитать величину виброскорости V и виброускорения a по следующим формулам:
V = exp(
LV
L
+ ln V0 ), a = exp( a + ln a0 )
46
46
(1)
или
V = V0 exp
L
LV
, a = a0 exp a ,
46
46
(2)
где V0 и a0 – опорные виброскорость и виброускорение.
4.2. Данные измерений, расчёта, нормируемых значений занести в
табл. 2В (прил. 2).
4.3. Сделать выводы о допустимости измеренных вибраций при транспортной и локомотивной вибрации, сравнить их с нормами (прил. 1, табл. 1).
Рассчитать коэффициенты эффективности применяемых амортизационных средств по следующим формулам:
δ=
V1 - V2
×100%,
V1
γ=
a1 - a2
×100%,
a1
38
(3)
(4)
где V1, a1 – соответственно виброскорость и виброускорение жесткого модуля;
V2, a2 – соответственно виброскорость и виброускорение с демпфирующим модулем.
Сделать выводы о демпфирующих свойствах пружин и прокладке из полиуретана.
5. Порядок проведения работы
5.1. Познакомиться с лабораторной установкой и принципом действия
прибора ВШВ-003-М2.
5.2. Подготовить протокол для занесения результатов измерений и расчётов в виде таблицы (прил. 2, табл. 2)
5.3. Включить приборы (генератор ГС и измеритель вибрации
ВШВ-003-М2) и прогреть 1 мин.
5.4. Получить от преподавателя сведения о характеристиках условий
труда и нормируемых для них уровней вибрации. Познакомиться с используемыми в работе модулями виброзащиты.
5.5. Закрепить на вибростоле объект виброзащиты, воспользовавшись
для этого жёстким модулем № 0.
5.6. Провести измерение уровней виброускорения La по общему уровню
ЛИН. Результаты измерений занести в табл. 2А протокола (строка 1, последняя
колонка).
5.7. Провести измерения уровня виброускорения La по октавам и занести
результаты в табл. 2А (строка 2).
5.8. Провести измерения виброускорения a и занести в табл. 2А (строка 3).
5.9. Провести расчёт величины виброускорения a по формуле 1 или 2
п.4.1. и занести в табл. 2А (строка 4).
5.10. Поместить между вибростолом и объектом виброзащиты модуль
виброизоляции № 1 с демпфирующими пружинами, провести все измерения по
п. 5.6-5.9. и занести полученные результаты в табл. 2Б.
5.11. Поместить между вибростолом и объектом виброзащиты модуль
виброизоляции № 2 с прокладкой из полиуретана, провести измерения по
п. 5.6.-5.9., занести полученные результаты в табл. 2В.
5.12. Сравнить измеренные результаты уровней виброускорения La с допустимыми уровнями вибрации в учебной лаборатории и сделать выводы.
5.13. По формулам 3 и 4 п. 4.3, используя полученные экспериментальные результаты табл. 2, рассчитать коэффициент демпфирования при применении пружин и прокладки из полиуретана; сделать выводы о демпфирующих
свойствах пружин и прокладки из полиуретана.
5.14. Построить в одной системе координат графики зависимости уровней виброускорения от частоты по октавам для виброгасящих модулей, сравнить с ПДУ виброускорения.
39
Примечание. При появлении резонансных явлений нагрузить вибростол
стальными пластинами до их устранения.
6. Оформление отчета
ОТЧЕТ
о лабораторной работе «Вибрация машин и механизмов и способы
ее снижения»
Содержание
– задание и цель работы;
– схема лабораторной установки;
– перечень измерительных приборов с указанием типа, пределов измерений;
– ход выполнения работы;
– необходимые формулы;
– протокол с измерениями и расчётами;
– выводы.
Работу выполнил:
________________
подпись
Работу проверил:
________________
дата, подпись
40
7. Контрольные вопросы
1. Что понимают под вибрацией?
2. Физико-биологическое воздействие вибрации на организм человека.
3. Виды вибрации и их классификация (по направлению).
4. Методы и средства снижения уровня вибрации машин и механизмов.
Библиографический список
1. СН 2.2.4/2.1.8.565-96. Производственная вибрация. Вибрация в помещениях и общественных зданиях.
2. ГОСТ 12.2.056-2004. Вибрационная безопасность и общие требования.
3. ГОСТ 12.4.012-83. ССБТ. Средства измерения и контроля вибрации на
рабочих местах.
4. Бобин Е. В. Борьба с шумом и вибрацией на железнодорожном транспорте. – 3-е изд. – М. : Транспорт, 1973.
5. Способы защиты от шума и вибрации железнодорожного подвижного
состава / под ред. Буталеева Г. В. – М. : Транспорт, 1978.
6. Иванов Н. И. Борьба с шумом и вибрацией на путевых и строительных
машинах. – М. : Транспорт, 1979.
7. Кузнецов К. Б., Фетисова Н. Г Исследование и анализ вибраций. –
Свердловск, 1984.
41
Приложение 1
Гигиенические нормы вибрации (СН 2.2.4/2.1.8.565-96)
Таблица 1А
Предельно допустимые уровни вибрации по ускорению
Допустимый уровень виброускорения La, дБ
Вид вибрации
1
2
Ускорение a, м/с2
октавные полосы, Гц
8
16
31,5
63
4
125
250
500
103
-
-
-
-
общая транспортная
121
118
115
116
121
127
133
Вертикальная
1,1
0,79 0,56
0,63
1,1
2,2
4,5
112 113
118
124
130
136
142 -
-
-
-
Горизонтальная
0,4
Транспортнотехнологическая
-
0,45 0,79
1,6
3,2
6,3
13
112
109
109
115
121
127 0,4
0,28
0,28
0,56
1,1
2,2
-
-
-
-
-
-
-
технологическая
В производственных помещениях
зданий машин
В служебных
помещениях
В лабораториях конструкторских
бюро
Локальная
вибрация
-
103
100
100
106
112
118
-
-
-
0,14
0,1
0,1
0,2
0,4 0,79
95
92
92
98
104
110 -
-
0,056 0,04
0,04 0,079
0,16 0,32
86
83
83
89
95
101 -
-
-
-
-
-
-
-
-
0,02 0,014 0,014 0,028 0,056 0,11
123
123
129
135 141 147 153 159
-
-
1,4
1,4
42
2,8
5,6
11
22
45
89
Таблица 1Б
Предельно допустимые уровни вибрации по скорости
Вид вибрации
Допустимый уровень виброскорости, дБ в октавных полосах, Гц
октавные полосы, Гц
1
2
4
8
16 31,5 63 125 250 500 103
Общая транспортная
114
Вертикальная
132
123
114
108
107
107
107
Горизонтальная
122
117
116
116
116
116
116
Транспортнотехнологическая
-
117
103
102
101
101
101
Технологическая
-
108
99
93
92
92
92
В производственных
помещениях зданий
машин
-
100
91
85
84
84
84
В служебных помещениях
-
В лабораториях конструкторских бюро
-
91
82
76
75
75
75
Локальная вибрация
-
-
-
115
109
109
109
43
-
-
-
-
109
109
109
109
Приложение 2
Протокол результатов измерений и расчетов
Таблица 2А
Оценка характеристики вибростола (жесткий модуль № 0)
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
Значения показателей вибрации
Уровни виброускорения La, дБ в полосах со среднегеометрическими частотами, Гц
Значения ускорения вибрации а, м/с2
2
4
6
8
16
32
63
125
Измеренные уровни виброускорения La по общему уровню ЛИН (последняя колонка)
Измеренные уровни виброускорения La по октавам
Измеренные значения виброускорения а
по октавам
Рассчитанные величины виброускорения a
Предельно допустимые уровни виброускорения La (ПДУ)
Превышение уровня виброускорения La допустимого уровня
Предельно допустимые значения виброускорения a
Превышение ПДУ виброускорения a
44
ЛИН,
дБ
f
Таблица 2Б
Оценка виброгасящих способностей демпфирующих пружин (демпфирующий модуль № 1)
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
Значения показателей вибрации
Уровни виброускорения La, дБ в полосах со среднегеометрическими частотами, Гц
Значения ускорения вибрации а, м/с2
2
4
6
8
16
32
63
125
Измеренные уровни виброускорения La
по общему уровню ЛИН (модуль №0)
Измеренные уровни виброускорения La по октавам (модуль № 0)
Измеренные уровни виброускорения La
по общему уровню (модуль № 1)
Измеренные уровни виброускорения La по октавам (модуль № 1)
Снижение уровня вибрации по общему показателю за счет пружинного демпфирования
Снижение уровня вибрации по октавам
за счет пружинного демпфирования
Расчет демпфирующих способностей пружин
по октавам
45
ЛИН,
дБ
f
Таблица 2В
Оценка виброгасящих способностей прокладки из полиуретана (демпфирующий модуль № 2)
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
Значения показателей вибрации
Уровни виброускорения La, дБ в полосах со среднегеометрическими частотами, Гц
Значения ускорения вибрации а, м/с2
2
4
6
8
16
32
63
125
Измеренные уровни виброускорения La
по общему уровню ЛИН (модуль № 0)
Измеренные уровни виброускорения La
по октавам (модуль № 0)
Измеренные уровни виброускорения La
по общему уровню (модуль № 2)
Измеренные уровни виброускорения La
по октавам (модуль № 2)
Снижение уровня виброускорения по общему показателю за счет прокладки из полиуретана
Снижение уровня виброускорения по октавам за счет прокладки из полиуретана
Расчет демпфирующих способностей прокладки из полиуретана по октавам
46
ЛИН,
дБ
f
Учебное издание
Булаев Владимир Григорьевич
Воронцов Вадим Борисович
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ШУМ
И ВИБРАЦИЯ
Методические указания
к выполнению лабораторных работ
по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»
для студентов всех специальностей
форм обучения
Редактор С. В. Пилюгина
Подписано в печать 20.12.11. Формат 60х84/16.
Бумага офсетная. Усл. печ. л. 2,5.
Тираж 60 экз. Заказ № 237.
Издательство УрГУПС
620034, Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66