одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1 с, при этом уровни звука в дБА, изме- ренные по характеристикам «импульс» и «медленно», различа- ются не менее чем на 7 дБ. Одним из важных факторов, определяющих различие ре- акций на постоянный и импульсный шумы, является пиковый уровень. В соответствии с концепцией «критического уровня» шумы с уровнями выше определенного, даже очень кратковре- менные, могут вызывать прямую травматизацию органа слуха, что подтверждается морфологическими данными. Многие авто- ры указывают разные значения критического уровня: от 100–105 дБА до 145 дБА. Такие уровни шума встречаются на производ- стве, например, в кузнечных цехах шум от молотов достигает 146 и даже 160 дБА. Опасность импульсного шума определяется не только вы- сокими эквивалентными уровнями, но и дополнительным вкла- дом временных характеристик, вероятно, за счет травмирующе- го эффекта высоких пиковых уровней. Исследования распреде- ления уровней импульсного шума показали, что, несмотря на малое суммарное время действия пиков с уровнями выше 110 дБА, их вклад в общую дозу может достигать 50%, и это значе- ние 110 дБА было рекомендовано как дополнительный критерий при оценке непостоянных шумов к ПДУ по действующим сани- тарным нормам. Приведенные нормы устанавливают ПДУ для импульсно- го шума на 5 дБ ниже, чем для постоянных шумов (т.е. вносят поправку минус 5 дБА по эквивалентному уровню), и дополни- тельно ограничивают максимальный уровень звука 125 дБА «импульс», но не регламентируют пиковые значения. Тем са- мым действующие нормы ориентируются на громкостные эф- фекты шума, поскольку характеристика «импульс» с t=40 мс адекватна верхним отделам звукового анализатора, а не воз- можному травматическому действию его пиков, являющемуся общепризнанным в настоящее время. Шумовое воздействие на работающих, как правило, явля- ется непостоянным по уровню шума и (или) времени его дей- 77 ствия. В связи с этим для оценки непостоянных шумов введено понятие эквивалентного уровня звука. С эквивалентным уров- нем связана доза шума, которая отражает количество передан- ной энергии и поэтому может служить мерой шумовой нагруз- ки. Наличие в действующих санитарных нормах шума на ра- бочих местах, в помещениях жилых и общественных зданий и на территории жилых застроек в качестве нормируемого пара- метра эквивалентного уровня и отсутствие такового в качестве дозы шума объясняются рядом факторов. Во–первых, отсут- ствием в стране отечественных дозиметров; во–вторых, при нормировании шума для жилых помещений и для некоторых профессий (работников, у которых орган слуха является рабо- чим органом) энергетическая концепция требует поправок, вно- симых в измерительные приборы, для выражения шума не в уровнях звукового давления, а в величинах субъективной гром- кости. Учитывая появление в последние годы нового направле- ния в гигиенической науке по установлению степени професси- онального риска от различных факторов производственной сре- ды, в том числе и от шума, следует учитывать в перспективе ве- личину дозы шума с различными категориями риска не столько по специфическому влиянию (слуховому), сколько по неспеци- фическим проявлениям (нарушениям) со стороны других орга- нов и систем организма. До настоящего времени влияние шума на человека изуча- лось изолированно: в частности, промышленного шума – на ра- бочих различных производств, служащих административно– управленческого аппарата; городского и жилищно–бытового шума – на население различных категорий в условиях прожива- ния. Эти исследования позволяли обосновать нормативы для постоянного и непостоянного, производственного и бытового шумов в различных местах и условиях пребывания человека. Однако для гигиенической оценки влияния шумов на че- ловека в производственных и внепроизводственных условиях целесообразно учитывать суммарное шумовое воздействие на организм, что возможно на основе концепции суточной дозы шума с учетом видов жизнедеятельности человека (работа, от- 78 дых, сон), исходя из возможности кумуляции их эффектов. 8.5 Профилактика неблагоприятного действия шума Мероприятия по борьбе с шумом могут быть технически- ми, архитектурно–планировочными, организационными и меди- ко–профилактическими. Технические средства борьбы с шумом: – устранение причин возникновения шума или снижение его в источнике; – ослабление шума на путях передачи; – непосредственная защита работающего или группы ра- бочих от воздействия шума. Наиболее эффективным средством снижения шума явля- ется замена шумных технологических операций на малошумные или полностью бесшумные. Большое значение имеет снижение шума в источнике. Этого можно добиться усовершенствованием конструкции или схемы установки, производящей шум, измене- нием режима ее работы, оборудованием источника шума допол- нительными звукоизолирующими устройствами или ограждени- ями, расположенными по возможности ближе к источнику (в пределах его ближнего поля). Одним из наиболее простых тех- нических средств борьбы с шумом на путях передачи является звукоизолирующий кожух, который может закрывать отдельный шумный узел машины (например, коробку передач) или весь аг- регат в целом. Кожухи из листового металла с внутренней обли- цовкой звукопоглощающим материалом могут снижать шум на 20 – 30 дБ. Увеличение звукоизоляции кожуха достигается за счет нанесения на его поверхность вибродемпфирующей масти- ки, обеспечивающей снижение уровней вибрации кожуха на ре- зонансных частотах и быстрое затухание звуковых волн. Для ослабления аэродинамического шума, создаваемого компрессорами, вентиляционными установками, системами пневмотранспорта и др., применяются глушители активного и реактивного типов. Наиболее шумное оборудование размещают в звукоизолирующих камерах. При больших габаритах машин или значительной зоне обслуживания оборудуют специальные кабины для операторов. Акустическая отделка помещений с шумным оборудова- 79 нием может обеспечить снижение шума в зоне отраженного звукового поля на 10 – 12 дБ и в зоне прямого звука до 4 – 5 дБ в октавных полосах частот. Применение звукопоглощающих об- лицовок для потолка и стен приводит к изменению спектра шу- ма в сторону более низких частот, что даже при относительно небольшом снижении уровня существенно улучшает условия труда. В многоэтажных промышленных зданиях особенно важна защита помещений от структурного шума (распространяющего- ся по конструкциям здания). Его источником может быть произ- водственное оборудование, которое имеет жесткую связь с ограждающими конструкциями. Ослабление передачи струк- турного шума достигается виброизоляцией и вибропоглощени- ем. Хорошей защитой от ударного шума в зданиях является устройство «плавающих» полов. Архитектурно–планировочные решения во многих случаях предопределяют акустический ре- жим производственных помещений, облегчая или затрудняя ре- шение задач по их акустическому благоустройству. Шумовой режим производственных помещений обуслов- лен размерами, формой, плотностью и видами расстановки ма- шин и оборудования, наличием звукопоглощающего фона и т.д. Планировочные мероприятия должны быть направлены на ло- кализацию звука и уменьшение его распространения. Помеще- ния с источниками высокого уровня шума по возможности сле- дует группировать в одной зоне здания, примыкающей к склад- ским и вспомогательным помещениям, и отделять коридорами или подсобными помещениями. Учитывая, что с помощью технических средств не всегда удается снижать уровни шума на рабочих местах до норматив- ных значений, необходимо применять средства индивидуальной защиты органа слуха от шума (антифоны, вкладыши). Эффек- тивность средств индивидуальной защиты может быть обеспе- чена правильным подбором в зависимости от уровней и спектра шума, а также контролем за условиями их эксплуатации. В комплексе мероприятий по защите человека от неблаго- приятного действия шума определенное место занимают меди- цинские средства профилактики. Важнейшее значение имеет 80 проведение предварительных и периодических медицинских осмотров. Противопоказаниями к приему на работу, сопровождае- мую шумовым воздействием, служат: – стойкое понижение слуха (хотя бы на одно ухо) любой этиологии; – отосклероз и другие хронические заболевания уха с не- благоприятным прогнозом; – нарушение функции вестибулярного аппарата любой этиологии, в том числе, болезнь Меньера. Принимая во внимание значение индивидуальной чув- ствительности организма к шуму, исключительно важным явля- ется диспансерное наблюдение за рабочими первого года рабо- ты в условиях шума. Одним из направлений индивидуальной профилактики шумовой патологии является повышение сопротивляемости ор- ганизма рабочих к неблагоприятному действию шума. С этой целью рабочим шумных профессий рекомендуется ежедневный прием витаминов группы В в количестве 2 мг и витамина С в количестве 50 мг (продолжительность курса 2 недели с переры- вом в неделю). Следует также рекомендовать введение регла- ментированных дополнительных перерывов с учетом уровня шума, его спектра и наличия средств индивидуальной защиты. Контрольные вопросы 1
Основные источники, физические параметры шума. 2 Классификация производственных шумов. 3 Общее действие шума на организм. Шумовая болезнь. Современное представление о патогенезе профессиональной ту- гоухости. 4 Принципы гигиенического нормирования шума; особен- ности нормирования непостоянного шума. 5 Гигиенические критерии оценки шумового фактора по показателям вредности и опасности. Дозный подход к оценке шума, воздействующего на организм. 6 Оборудование, условия и методика измерения парамет- ров шума на рабочем месте. 7 Система мероприятий по профилактике шумовой пато- логии на производстве. 81 Литература [6, 11, 13, 16, 19, 30, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50]. 9 лекция Вибрация 9.1 Общие сведения Вибрация – это колебательные движения с упругими свя- зями. В природе вибрация практически не встречается, но к со- жалению, очень часто возникает в технических устройствах. Кроме того, в технике вибрацию специально используют, например, при вибрационной транспортировке. Вибрация как фактор производственной среды встречает- ся в металлообрабатывающей, горнодобывающей, металлурги- ческой, машиностроительной, строительной, пищевой промыш- ленностях, в сельском хозяйстве, на транспорте и в других от- раслях экономики. Причинами её возникновения являются не- уравновешенные силовые воздействия, источниками которых служат: возвратно–поступательные движущиеся системы (кри- вошипно–шатунные механизмы, ручные перфораторы, вибро- трамбовки и т.п.); неуравновешенные вращающиеся массы (ручные электрические и пневматические шлифовальные маши- ны, режущий инструмент станков и т.п.). В отдельных случаях вибрации могут создаваться также ударами деталей, например, зубчатые зацепления, подшипниковые узлы. Практически всё технологическое оборудование пищевой промышленности, а именно: насосы, вентиляционные установки, компрессоры, транспортёры, разливочные автоматы, тестомесильные машины, электродвигатели и т.п. являются источниками вибрации. Основными параметрами вибрации, происходящими по синусоидальному закону, являются: амплитуда виброперемеще- ния хm (м), амплитуда колебательной скорости vm (м/с), ампли- туда колебательного ускорения аm (м/с2 ), период колебаний T (с) и частота f (Гц=с –1 ), связанные соотношением f=1/Т. Вибросмещение в случае гармонических колебаний опре- деляют по формуле х=хm·sin(ωt+φ), где ω – угловая частота (ω=2πf); φ – начальная фаза вибросмещения в момент времени t=0. В большинстве случаев начальная фаза в задачах охраны труда значения не имеет и может не учитываться. Виброскорость (v) и виброускорение (a) являются соот- 82 ветственно первой и второй производной по времени от вибро- перемещения (хm) и определяются из соотношений: v=vT·cos(ωt+φ); a=–aT·sin(ωt+φ), где vT, aT – максимальные зна- чения виброскорости и виброускорения соответственно колеб- лющейся точки. Частота, виброскорость и виброускорение гармонического колебательного движения определяется соотвественно по выра- жениям: f=n/60; v=2πf·A=ω·A; a=(2πf) 2 ·A, где n – число оборо- тов в минуту; A – вибросмещение. Реальное вибрационное движение, как правило, состоит из множества простейших гармонических колебаний и имеет сложный спектр. Значение спектра необходимо для оценки вли- яния вибрации на организм человека, которое обусловлено ча- стотой вибрации. Учитывая, что абсолютные значения параметров, характе- ризующих вибрацию, изменяется в очень широких пределах, используется понятие логарифмический уровень колебаний. Это характеристика колебаний, сравнивающая две одноименных фи- зических величины, пропорциональные десятичному логарифму отклонения оцениваемой величины и исходного значения вели- чины (опорные значения параметров). Логарифмические уровни виброскорости Lv и виброуско- рения Lа (в дБ), определяют по выражениям: Lv=20·lg(v/(v0)), La=20·lg(a/(a0)), где v0=5·10–8 (м/с) и а0=1·10–6 (м/с2 ) – соответ- ственно пороговое (опорное) значение виброскорости и вибро- ускорения. В практике виброакустических исследований весь диапа- зон частот вибрации разбивается на октавные диапазоны. В ок- тавном диапазоне верхняя граничная частота (f2) вдвое больше нижней (f1), т.е. f2/f1=2. Анализ вибрации может производиться также в третьоктавных полосах частот, f2/f1=21/3 . При частотном (спектральном) анализе нормируемыми параметрами являются их средние квадратические значения или логарифмические уровни. Средние геометрические частоты ок- тавных fсго и третьоктавных fсгт полос стандартизированы и определяются соотвественно по формулам: fсго=103n/10 , n=0,1,2,3… с последующим округлением результатов. Верхние и нижние частоты октавных полос определяются следующими 83 соотношениями: fн=fсг/21/2 и fв=2 1/2 ·fсг. По способу передачи вибрации на человека различают следующие её вида: 1) общую – передаётся на тело сидящего или стоящего че- ловека через опорные поверхности (опорой называется поверх- ность, на которой человек стоит, сидит или лежит); 2) локальную – передаётся на руки через ручной инстру- мент. В производственных условиях нередко имеет место инте- грированное действие локальной и общей вибрации. Вибрация, передающаяся на ноги сидящего человека и на предплечья, кон- тактирующие с вибрирующими поверхностями рабочих столов, относится к локальной вибрации Общая вибрация по источнику её возникновения делится на категории: 1 категория – транспортная вибрация: воздействует на че- ловека на рабочих местах транспортных средств при движении по местности и дорогам (в том числе при их строительстве). Ис- точники транспортной вибрации: тракторы сельскохозяйствен- ные и промышленные, сельскохозяйственные машины, автомо- били грузовые, снегоочистители, самоходный горно–шахтный рельсовый транспорт. 2 категория – транспортно–технологическая вибрация: воздействует на человека на рабочих местах машин, перемеща- ющихся по специально подготовленным поверхностям произ- водственных помещений, промышленных площадок, горных выработок. Источники транспортно–технологической вибрации: экскаваторы, краны промышленные и строительные, машины для загрузки мартеновских печей в металлургическом производ- стве, горные комбайны, шахтные погрузочные машины, само- ходные бурильные каретки, путевые машины, бетоноукладчики, напольный производственный транспорт. 3 категория – технологическая вибрацию: воздействует на человека на рабочих местах стационарных машин или передаёт- ся на рабочие места, не имеющие источников вибрации. Источ- ники технологической вибрации: станки металло– и деревооб- рабатывающие, кузнечно–прессовое оборудование, электриче- ские машины, стационарные электрические установки, насосные 84 агрегаты и вентиляторы, оборудование для бурения скважин, машины для животноводства, очистки и сортировки зерна, обо- рудование промышленности стройматериалов (кроме бетоно- укладчиков) и др. Вибрацию категории 3 по месту действия делят на типы: «а» на постоянных рабочих местах производственных по- мещений предприятий; «б» на рабочих местах на складах, в столовых, бытовых, дежурных и других производственных помещений, где нет ма- шин, генерирующих вибрацию; «в» на рабочих местах в помещениях заводоуправления, конструкторских бюро, лабораторий, учебных пунктов, вычис- лительных центров, здравпунктов, конторских помещениях, ра- бочих комнатах и других помещениях для работников умствен- ного труда. Локальная вибрация по источнику её возникновения де- лится на: – вибрацию, передающуюся человеку от ручного механи- зированного инструмента (с двигателями), органов ручного управления машинами и оборудованием; – вибрацию, передающуюся человеку от ручного немеха- низированного инструмента (без двигателей), например, рихто- вочных молотков разных моделей и обрабатываемых деталей. Классифицируют вибрацию и по направлению действия согласно направлению осей ортогональной системы координат. Для общей вибрации ось x расположена по направлению от спины к груди. Ось y от правого плеча к левому. Ось z вдоль ту- ловища (от ног к голове). Для локальной вибрации ось z прохо- дит вдоль ручного инструмента; оси x,y – перпендикулярны к оси z. По временным характеристикам вибрацию выделяют по- стоянную и непостоянную. Постоянная вибрация, для которой величина нормируе- мых параметров (v, а) изменяется не более чем в 2 раза (на 6 дБ) за время наблюдения не менее 1 мин. Непостоянная вибрация, для которой величина нормируе- мых параметров (v, а) изменяется не менее чем в 2 раза (на 6 дБ) за время наблюдения не менее 10 мин. Непостоянную делят на: 85 а) колеблющуюся во времени, для которой величина нор- мируемых параметров непрерывно изменяется во времени; б) прерывистую, когда контакт человека с вибрацией пре- рывается, причем длительность интервалов, в течение которых имеет место контакт, составляет более 1 с; в) импульсная, состоящая из одного или нескольких виб- рационных воздействий (например, ударов), каждый длительно- стью менее 1 с. По частотному составу вибрации выделяют: – низкочастотные вибрации (с преобладанием максималь- ных уровней в октавных полосах частот 1–4 Гц для общих виб- раций, 8–16 Гц – для локальных вибраций); – среднечастотные вибрации (8–16 Гц – для общих вибра- ций, 31,5–63 Гц – для локальных вибраций); – высокочастотные вибрации (31,5–63 Гц – для общих вибраций, 125–1000 Гц – для локальных вибраций). По характеру спектра вибрации выделяют: – узкополосные вибрации, у которых контролируемые па- раметры в одной 1/3 октавной полосе частот более чем на 15 дБ превышают значения в соседних 1/3 октавных полосах; – широкополосные вибрации – с непрерывным спектром шириной более одной октавы. 9.2 Действие на организм Вибрация может оказывать на человека как положитель- ное, так и отрицательное действие. Вибрация относится к фак- торам, обладающим значительной биологической активностью. Степень распространения колебаний по телу зависит от их ча- стоты, амплитуды, площади участков тела, соприкасающихся с вибрирующим объектом, места приложения и направления оси вибрационного воздействия, демпфирующих свойств тканей, явления резонанса и других условий. При изучении биологического действия вибрации прини- мается во внимание характер её распространения по телу чело- века, которое рассматривается как сочетание масс с упругими элементами. В одном случае это всё туловище с нижней частью позвоночника и тазом (стоящий человек), в другом случае – верхняя часть туловища в сочетании с верхней частью позво- 86 ночника, нагибающийся вперёд (сидящий человек). Независимо от места возбуждения колебания затухают при распространении по телу тем больше, чем выше их частота, причём величина за- тухания не зависит от уровня интенсивности колебаний в зоне возбуждения. Благоприятное воздействие оказывает местная вибрация малой интенсивности: восстановление трофических изменений, быстрое заживление ран, притупление боли, улучшение функ- ционального состояния центральной нервной системы и др. Длительное воздействие общей вибрации может привести к развитию вибрационной болезни. Для клинической картины болезни характерно: поражение нервно–мышечной системы, опорно–двигательного аппарата, изменение обмена веществ. Низкочастотная общая вибрация, особенно резонансного диапа- зона, вызывает длительную травматизацию межпозвонковых дисков и костной ткани, смещение органов брюшной полости, изменение моторики гладкой мускулатуры желудка и кишечни- ка, может приводить к болевым ощущениям в области поясни- цы, возникновению и прогрессированию дегенеративных изме- нений позвоночника, заболеваний хроническим пояснично– крестоцовым радикулитом, которые часто регистрируются трак- тористов, рабочих, занятых в производстве сборного железобе- тона, у водителей автомобилей. При воздействии низкочастотной вибрации снижается острота зрения, нарушается цветоощущение, сужаются границы поля зрения, уменьшается устойчивость ясного видения, снижа- ется функциональная подвижность, происходит расстройство фиксации предметов глазом, нарушается чёткость восприятия объектов, затрудняется чтение приборной информации. Общая низкочастотная вибрация вызывает нарушение ко- ординации движений, причём наиболее выраженные изменения отмечается при частотах 4–11 Гц. Общая вибрация оказывает воздействие на функцию дыхания. Изменения дыхания наблю- даются при воздействии вибрации с частотой 4–5 Гц. Отмечено влияние общей вибрации на обменные процес- сы (изменение углеводного обмена) и биохимические показате- ли крови (нарушение белкового и ферментативного, а также ви- таминного и холестеринового обменов). Наблюдаются наруше- 87 ния окислительно–восстановительных процессов, изменения показателей азотистого обмена, изменения активности коагули- рующих и антисвёртывающих факторов крови, нарушение дея- тельности эндокринной системы. Общая вибрация оказывает также отрицательное влияние на женские и мужские детородные органы. Диапазон частот от 35 до 250 Гц, является уровнем вибра- ционной болезни. Симптомы этой болезни – эмоциональная не- устойчивость, головокружение, тошнота, сердцебиение, тремор внутренних органов Особенно вредны колебания, которые совпадают с часто- той организма в целом или его внутренних органов (явление ре- зонанса). Резонансные частоты, Гц, некоторых частей тела тако- вы: глаза 12–27; ноги, руки 2–8; живот 4–12. В производственных условиях ручные машины с макси- мальным уровнем виброскорости в полосах низких частот вы- зывают вибрационную патологию с преимущественным пора- жением нервно–мышечного, опорно–двигательного аппарата. К основным проявлениям вибрационной патологии относятся нейрососудистые расстройства рук, сопровождающиеся интен- сивными болями, снижением всех видов кожной чувствительно- сти, слабостью в кистях рук. Часто наблюдается синдром «мерт- вых» пальцев (акроасфикция). Усугубляющими факторами вредного воздействия вибра- ции являются считаются – чрезмерные мышечные и нервно– эмоциональные нагрузки, неблагоприятные микроклиматиче- ские условия, шум высокой интенсивности. Сопутствующие факторы могут увеличить риск вибрационной болезни в 5…10 раз. 9.3 Гигиеническое нормирование Основным законодательным документом гигиенического нормирования вибрации является СН 2.2.4/2.1.8.566–96 «Произ- водственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и обще- ственных зданий». Гигиеническая оценка постоянной и непостоянной вибра- ции, воздействующей на человека, должна производиться сле- дующими методами: 88 – частотным (спектральным) анализом нормируемого па- раметра; – интегральной оценкой по частоте нормируемого пара- метра; – интегральной оценкой с учётом времени вибрационного воздействия по эквивалентному (по энергии) уровню нормируе- мого параметра. Нормируемыми параметрами являются среднеквадратиче- ские значения виброскорости (v) и виброускорения (a), и их ло- гарифмические уровни (Lv , La). Нормируемый диапазон частот устанавливается: – для локальной вибрации в виде октавных полос со сред- негеометрическими частотами: 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц; – для общей вибрации в виде октавных или 1/3 октавных полосах со среднегеометрическими частотами: 0,8; 1; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 31,5; 40,0; 50,0; 63,0; 80,0 Гц. Предельно допустимый уровень (ПДУ) вибрации – это уровень фактора, который при ежедневной (кроме выходных дней) работе, но не более 40 часов в неделю в течение всего ра- бочего стажа, не должен вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья. Соблюдение ПДУ вибрации не исключает нарушение здоровья у сверхчувствительных лиц. ПДУ нормируемых параметров производственной локаль- ной вибрации и общей вибрации всех категорий при длительно- сти вибрационного воздействия 480 мин (8 ч) приведены в таб- лицах СН 2.2.4/2.1.8.566–96. Санитарные нормы одночисловых показателей вибрационной нагрузки на человека для длительно- сти смены 8 часов в октавных полосах частот приведены в таб- лице 5. Допустимое значение вибрации UТ при длительности её воздействия Т менее 480 мин (8 ч) определяется по формуле UТ=U480·(480/Т)1/2, где U480–норма вибрации при длительности воздействия 480 мин. Максимальный уровень вибрации не дол- жен превышать значений, вычисленных для Т=30 мин. 89 Таблица 5 Нормы вибрационной нагрузки Вид вибрации Катего- рия вибра- ции Напра вление дей- ствия Корректированные норматив- ные по частоте и эквивалентные значения виброускорение виброскорость м/с2 дБ м/с·10–2 дБ Локальная – х, у, z 2,00 126 2,00 112 Общая 1 z 0,56 115 1,10 107 1 y, x 0,40 112 3,20 116 2 z, y, x 0,28 109 0,56 101 3 тип«а» z, y, x 0,10 100 0,20 92 3 тип«б» z, y, x 0,04 92 0,079 84 3 тип«в» z, y, x 0,014 83 0,028 75 9.4 Профилактические мероприятия В тех случаях, когда уровень вибрации превышает допу- стимые значения необходимо проводить мероприятия по сни- жению её параметров. Так как вибрация воздействует на чело- века через объекты, в которых есть источники колебаний, то защитные мероприятия должны охватывать все элементы си- стемы «генератор колебаний–объект–человек». Основные направления защиты от вибрации указаны в ГОСТ 12.1.012– 2004 «Вибрационная безопасность. Общие требования». Прежде снижается вибрация в источнике возникновения: – повышают точность балансировки вращающихся дета- лей, – повышают точность обработки деталей, –
чистоту поверхности сопрягающихся деталей, – равномерно распределяется нагрузка на роторы машин. Но исключить полностью вибрацию в источнике возник- новения невозможно. Поэтому в качестве виброзащиты используют методы: 1. Виброгашение – динамическое гашение колебаний пу- тём присоединения источника вибрации к защищаемому объек- ту, который будет уменьшать размеры вибрации; установка аг- регатов на виброгасящем основании. 2. Вибродемпфирование – превращение энергии механи- 90 ческих колебаний системы в другие виды энергии: или за счёт присоединения специальных демпферов, или путём использова- ния материалов с большим коэффициентом трения, либо путём нанесения специальных вибродемпфирующих покрытий из упруго–вязких материалов с большими потерями на трение. 3. Виброизоляцию – уменьшение динамических сил, пере- даваемых с виброактивной системы на другую, защищаемую от вибрации. Виброгашение реализуется при увеличении жёсткости си- стемы за счёт введения дополнительных рёбер жёсткости или путём увеличения массы конструкции за счёт усиления фунда- мента. Конструктивно дополнительное основание выполняется в виде железобетонной плиты, а корпуса машин или станины станков крепят с помощью анкерных болтов или цементного раствора. Для борьбы с распространением вибрации по строитель- ным конструкциям зданий применяются динамические успокои- тели колебаний, или виброгасители. Виброгаситель – это масса, укреплённая на пружине. Собственная частота такой дополни- тельной системы, присоединенной к главной, колеблющейся под влиянием возмущающей силы, должна быть равна частоте возмущающей силы f0=fв. Достигается это подбором жёсткости пружины. В этом случае присоединённая система приходит в резонансные колебания, а главная система, которую требуется успокоить, прекращает колебательное движение. Метод вибродемпфирования (вибропоглощения) осу- ществляется выбором материалов и конструкций с малой жёст- костью и большим внутренним трением (упруговязкие). Вибропоглощающий материал крепят или наносят на виб- рирующие элементы машины. Демпфирующими материалами являются битум, резина, толь, фетр, асбест, пластмассы, специ- альные мастики. Поглощающий эффект достигается при усло- вии плотного прилегания материала к вибрирующей поверхно- сти. Вибродемпфирующие покрытия в зависимости от величины динамического модуля упругости (Юнга) Е, Па подразделяются: – жёсткие 108 – 10 9Па, – мягкие ≤ 107 Па. Жёсткие (твёрдые с наполнителями пластмассы) более 91 эффективны в области низких и средних частот, а мягкие (мяг- кие резины и пластмассы, битумизированный войлок, мастики) – высоких частот. В тех случаях, когда обрабатываемая поверхность имеет сложную форму, для вибродемпфирующего покрытия приме- няют смесь синтетических смол и наполнителей, а также специ- альную мастику–антивибрит на основе эпоксидных смол. Метод виброизоляции заключается в установке между ис- точником колебаний и объектом упругих элементов (опор). Этот метод используют, когда необходимо защитить рабочее место от колебаний основания или защитить основание от колебаний не- уравновешенных машин. В качестве виброизоляторов (амортизаторов) используют резиновые или пластмассовые ленты, цилиндрические стальные пружины, комбинированные виброизоляторы (пружинно– резиновые, пружинно–пластмассовые, пружинно–рессорные) и пневматические изоляторы (воздушные подушки), в которых используют упругие свойства сжатого воздуха. Показателем эффективности виброизоляции служит ко- эффициент передачи КП, который показывает, какая доля дина- мической силы от источника вибрации передаётся через аморти- заторы на основание: КП=f0/fв , где f0 – частота собственных ко- лебаний, Гц; fв – частота вынужденных колебаний, Гц. Чем меньше КП, тем выше эффективность виброизоляции. Для хороших амортизаторов КП составляет 1/8÷1/15. Для получения достаточно низких значений коэффициен- та передачи необходимо, чтобы частота собственных колебаний f0 была намного ниже вынужденных fв . Если f0 у какой–либо машины незначительно отличается от fв , то динамическая сила, которая будет передаваться на основание, будет возрастать и в этом случае применение амортизаторов будет не просто беспо- лезным, но и вредным, т.к. будет возрастать амплитуда колеба- ний виброизолированной машины. При проектировании систем виброизоляции нельзя ис- ключать резонансные явления (f0=fв), т.к. в этом случае резко возрастет интенсивность колебаний защищаемого объекта. Пружинные стальные амортизаторы широко используют в строительных машинах и механизмах. Обладают достаточно 92 большой эффективностью КП=1/40÷1/60. Затухание колебаний машин на таких амортизаторах происходит за 15–20 периодов из–за невысоких значений упругих свойств пружин. Пружины стойки к агрессивным средам. Недостаток – малое снижение высокочастотных вибраций. Резиновые виброизоляторы имеют большое внутреннее трение и их можно применять, когда необходимо уменьшить время затухания собственных колебаний и амплитуды колеба- ний на резонансных режимах. Но виброизолирующая способ- ность ниже: КП=1/15÷1/20. Выполняют обычно со сквозными отверстиями или оребренными. Положительные свойства пружинных и резиновых вибро- изоляторов собраны в пружинно–резиновых виброизоляторах. Нашли применение пневматические изоляторы: просты по конструкции и высокие показатели эффективности. Выбор виброизоляции можно вести в определённой по- следовательности. Выбирают конкретный тип виброизоляторов с известными допустимыми нагрузками и жёсткостными харак- теристиками и определяют значения собственных частот f0 виб- роизолированной установки. Для известных значений частот fв возмущающих сил и моментов рассчитывают соответствующие значения КП и сопоставляют с требуемыми значениями. Меры профилактики неблагоприятного воздействия виб- рации и сопутствующих факторов при работе с виброинстру- ментами включают также организационно–технические, адми- нистративные и медико–профилактические мероприятия. Организационно–технические мероприятия: – Защиту временем – режимы труда, рациональное рас- пределение работ с виброинструментами в течение рабочей смены, рациональное использование регламентированных пере- рывов; – Меры коллективной защиты, особенно при работе на от- крытых площадках в холодный период года (наличие помеще- ний для обогрева, отдыха и укрытия от неблагоприятных метео- рологических условий); – Средства индивидуальной защиты (антивибрационные рукавицы, противошумные наушники или вкладыши, тёплая специальная одежда; при обводнении и охлаждающем действии 93 воды–водонепроницаемая одежда, рукавицы, обувь). Административные меры – допуск к работе только ис- правных и отрегулированных инструментов с виброзащитой, проведение периодического контроля за уровнями вибрации, обеспечение работников эффективными средствами индивиду- альной и коллективной защиты, профилактическим питанием, обучение работников правильным способам работы с виброин- струментом, прохождение работниками регулярных медицин- ских осмотров и т.д.). Медико–профилактические мероприятия включают: проведение периодических и предварительных медицинских осмотров, физиотерапевтические меры, витаминопрофилактику, санаторно–курортное лечение и др. Контрольные вопросы 1 Источники вибрации на производстве, гигиеническая значимость. 2 Физические параметры вибрации, классификация. 3 Влияние вибрации на организм. Производственные фак- торы, способствующие развитию в организме патологических изменений. 4 Вибрационная болезнь. 5 Приборы для измерения параметров вибрации. Методи- ка измерения общей и локальной вибрации. 6 Гигиеническое нормирование вибрации. 7 Профилактические мероприятия по защите от воздей- ствия производственной вибрации. Литература [12, 33, 43, 44, 45, 46, 47, 49, 50]. 10 лекция Электромагнитное излучение 10.1 Общие сведения Общеизвестно, что человек и окружающая среда находят- ся под интенсивным воздействием электромагнитных полей, со- здаваемых как естественными, так и техногенными источниками электромагнитного излучения (ЭМИ). Если электромагнитные поля естественных источников, таких как Космос, Галактика, Солнце являются постоянными природными характеристиками среды обитания человека, то электромагнитные поля (ЭМП), со- здаваемые техногенными источниками, используемые как в 94 экономических, так и в военных целях, оказывают, как правило, либо побочное, либо прямое воздействие на человека. Проблема взаимодействия человека с ЭМП техногенного характера существенно осложнилась в последнее время в связи с интенсивным развитием радиосвязи, радионавигации, телевизи- онных систем, расширением сферы применения электромагнит- ной энергии для осуществления определённых технологических операций, широким распространением компьютерной техники, массовым распространением бытовых электро– и электронных приборов. Тенденция наращивания плотности электромагнитной энергии в окружающей среде привела к тому, что в настоящее время напряжённость полей
создаваемых техногенными источ- никами, превосходили на несколько порядков напряжённость соответствующих по частоте полей естественного происхожде- ния. При характеристике электромагнитной обстановки поль- зуются терминами «электрическое поле», «магнитное поле», «электромагнитное поле»: электрическое (электростатическое) поле создаётся электрическими зарядами, а их движение по про- воднику порождает магнитное поле. Поскольку магнитных за- рядов не существует, силовые линии магнитного поля всегда замкнуты. Критерием интенсивности электрического поля, является напряжённость электрического поля – Е с единицей измерения В/м (Вольт на метр). Величина магнитного поля характеризует- ся напряжённостью магнитного поля Н с единицей измерения А/м (Ампер на метр). При оценке магнитного поля сверх низких и крайне низких частот (3–300 Гц) используется показатель маг- нитной индукции В с единицей измерения Тл (Тесла), при чём 1 мкТл=1,25 А/м. Постоянные электрические и магнитные поля возникают и существуют только в присутствии источников – заряда или электрического тока. Однако, в природе обнаружена связь элек- трического и магнитного поле при их изменениях. Электромагнитное поле (ЭМП) – это совокупность двух взаимосвязанных переменных полей: электрического и магнит- ного, которая распространяется в пространстве в виде электро- 95 магнитных волн (электромагнитного излучения (ЭМИ)). Излу- чение – это энергия, переданная волнами. Электромагнитное поле особая форма материи, создавае- мая изменяющимися во времени электрическим полем Е, кото- рое порождает магнитное поле Н, а изменяющееся Н возбуждает вихревое электрическое поле. Напряжённости полей Е и Н, рас- положенные перпендикулярно друг другу, непрерывно изменя- ясь, порождают друг друга. Электромагнитное поле – самый распространённый вид поля, который может существовать в от- рыве от источника. По временной зависимости величины, характеризующие электромагнитное поле, подразделяются на следующие основ- ные виды: постоянные (не зависящие от времени), гармониче- ские и произвольные периодические колебания, импульсы, шу- мы, модулированные по амплитуде. Для характеристики периодических электромагнитных колебаний используют следующие параметры: – среднее квадратическое значение напряженности элек- трического поля; – средние квадратические значения напряженности маг- нитного поля и магнитной индукции; – средняя плотность потока энергии электромагнитного поля в плоской волне. Все электромагнитные волны в свободном пространстве распространяются со скоростью света, равной 300 тыс. км/с. 10.2 Виды электромагнитных полей К ЭМП и ЭМИ относя электромагнитные колебания ра- диочастотного и оптического диапазонов. Условно к ним также относят статические электрические и постоянные магнитные поля хотя они излучениями не являются. В спектре естественных ЭМП условно выделяют не- сколько составляющих – это постоянное магнитное поле Земли (геомагнитное поле, ГМП), электростатическое поле и перемен- ные электромагнитные поля в диапазоне частот от 10–3 до 1012 Гц. Геомагнитное поле является одним из важнейших факторов окружающей среды. Установлено, что геомагнитные возмуще- ния могут оказывать дессинхронизирующее действие на биоло- 96 гические ритмы и другие процессы в организме. В периоды воз- никновения геомагнитных возмущений фиксируется увеличение числа инфарктов и инсультов, дорожно–транспортных проис- шествий и аварий самолетов. При магнитных бурях неблагопри- ятное воздействие на организм испытывает около 30 % населе- ния. Величина постоянного ГМП может изменяться на поверх- ности Земли от 26 мкТл (в районе Риоде–Жанейро) до 68 мкТл (вблизи географических полюсов), достигая максимумов в рай- онах магнитных аномалий (Курская аномалия, до 190 мкТл). Геомагнитное поле претерпевает изменения с длительны- ми (вековыми) периодами (8000, 600 лет) и с периодами в де- сятки лет (60, 22, 11 лет), а также короткопериодические суточ- ные вариации. Солнечная активность и межпланетное магнит- ное поле изменяют электрическое и магнитное поля Земли, тем самым оказывают определённое воздействие на организм чело- века. Статические электрические поля (СЭП) представляют собой поля неподвижных электрических зарядов, либо стацио- нарные электрические поля постоянного тока. Возникновение зарядов статического электричества может происходить при дроблении, разбрызгивании, газовыделении веществ, относи- тельном перемещении двух находящихся в контакте твердых тел, сыпучих, жидких и газообразных материалов, при интен- сивном перемешивании, кристаллизации и пр. СЭП создаются в энергетических установках и при элек- тротехнологических процессах. Они могут существовать в виде собственно ЭСП (поля неподвижных зарядов) или стационар- ных электрических полей (электрические поля постоянного то- ка). СЭП достаточно широко используются в народном хозяй- стве для электрогазоочистки, электростатической сепарации руд и материалов, электростатического нанесения лакокрасочных и полимерных материалов и т.д. В ряде производств и технологи- ческих процессов по изготовлению, обработке и транспортиров- ке диэлектрических материалов, где отмечается образование электростатических зарядов и полей, вызванных электризацией перерабатываемого продукта (текстильная, деревообрабатыва- 97 ющая, целлюлозно–бумажная, химическая промышленности и др.). Например, уровни напряженности СЭП на прядильном и ткацком оборудовании достигают 20–60 кВ/м и выше, а в произ- водстве линолеума, пленочных материалов могут превышать 240–250 кВ/м. Источниками постоянных магнитных полей (ПМП) на рабочих местах являются постоянные магниты, электромагниты, линии передач постоянного тока, электролитные ванны, магни- тогидродинамические (МГД) генераторы, установки магнитно– резонансной томографии (МРТ) и другие электротехнические устройства. Высокие уровни (10–100 мТл) создаются в салонах транспортных средств на магнитной подушке. Уровни ПМП под высоковольтными линиями передачи постоянного тока состав- ляют порядка 20мкТл. А в установках магнитного резонанса па- циенты подвергаются воздействию ПМП до 2 Тл и более. Электромагнитные поля промышленной частоты (ЭМП ПЧ), являющиеся частью сверхнизкочастотного диапазо- на радиочастотного спектра, наиболее распространены как в производственных условиях, так и в условиях быта. Диапазон промышленной частоты представлен в нашей стране частотой 50 Гц. Поскольку соответствующая частоте 50 Гц длина волны составляет 6000 км, человек подвергается воздействию фактора в ближней зоне (зоне индукции). В производственных условиях источниками электриче- ского и магнитного полей промышленной частоты являются си- ловое и электрораспределительное оборудование, трансформа- торы, электропечи и др. мощными источниками магнитного по- ля в диапазоне 0–1000 Гц является транспорт на электрической тяге – электропоезда, вагоны метрополитена, троллейбусы, трамваи и т.п. Максимальное значение магнитной индукции в пригородных электропоездах достигает 75 мкТл, а среднее её значение на транспорте с электроприводом постоянного тока зафиксировано на уровне 29 мкТл. Наряду с широким применением в радиосвязи и радиове- щании, радиолокации и радиоастрономии, телевидении и меди- цине электромагнитные поля радиочастот (ЭМП РЧ) исполь- зуются в различных технологических процессах: индукционном 98 нагреве, термообработке металлов и древесины, сварке пласт- масс, создании низкотемпературной плазмы и др. Электромаг- нитные поля радиочастотной части спектра в зависимости от длины волны и частоты условно подразделяются на 12 диапазо- нов, таблица 6. Таблица 6 Международная классификация электромагнитных волн Номер полосы часто- ты Название частотного диапазона Границы диапазона Название диапазона длин волн частот длин волн 1 Крайне низкие, КНЧ 3–30 Гц 100–10 мм Декамегаметровые 2 Сверхнизкие, СНЧ 30–300 Гц 10–1 мм Мегаметровые 3 Инфранизкие, ИНЧ 0,3–3 кГц 1000–100 км Гектокилометро- вые 4 Очень низкие, ОНЧ 3–30 кГц 100–10 км Мириаметровые 5 Низкие часто- ты, НЧ 30–300 кГц 10–1 км Километровые 6 Средние, СЧ 0,3–3 МГц 1–0,1 км Гектометровые 7 Высокие часто- ты, ВЧ 3–30 МГц 100–10м Декаметровые 8 Очень высокие, ОВЧ 30–300 МГц 10–1 м Метровые 9 Ультравысокие, УВЧ 0,3–3 ГГц 1–0,1 м Дециметровые 10 Сверхвысокие, СВЧ 3–30 ГГц 10–1 см Сантиметровые 11 Крайне высо- кие, КВЧ 30–300 ГГц 10–1 мм Миллиметровые 12 Гипервысокие, ГВЧ 300–3000 ГГц 1–0,1 мм Децимиллиметро- вые Электромагнитное поле характеризуется совокупностью переменных электрического и магнитного составляющих. Раз- личные диапазоны радиоволн объединяет общая физическая природа, но они существенно различаются по заключенной в них энергии, характеру распространения, поглощения, отраже- ния, а вследствие этого – по действию на среду, в том числе и на человека. Чем короче длина волны и больше частота колебаний, 99 тем больше энергии несет в себе квант. Связь между энергией (I) и частотой (f) колебаний опреде- ляется как I = h·f или I = (h·с)/ λ, так как между длиной волны (λ) и частотой (f) существует соотношение f = с/λ, где с – ско- рость распространения электромагнитной волны в воздухе (с=3·108 м/с); h – постоянная Планка, равная 6,6·10–34 Вт/см2 . Вокруг любого источника излучения электромагнитное поле разделяют на 3 зоны: ближнюю – зону индукции, проме- жуточную – зону интерференции и дальнюю – волновую зону. Если геометрические размеры источника излучения меньше длины волны излучения λ (т.е. имеется точечный источ- ник), границы зон определяются следующими расстояниями: – R
1000 Возможны экстрасистолия, фибрилляция желудочков сердца (острое поражение) Зарубежные учёные подтвердили более частые онкологи- ческие заболевания людей, подолгу пребывающих вблизи линий высоковольтной электропередачи, и связывают их с концентри- 102 рованием атмосферного радона этими линиями. Зависимость биоэффектов от плотности наведённых ЭП и МП ПЧ положена в основу разработанных по заданию ВОЗ Международных временных рекомендаций по ПДУ ЭП и МП ПЧ 50/60 Гц. Эта зависимость представлена в таблице 7. Биологическое действие ЭМП РЧ. Поглощение и рас- пределение поглощенной энергии внутри тела существенно за- висят от формы и размеров облучаемого объекта, от соотноше- ния этих размеров с длиной волны излучения. С этих позиций в спектре ЭМП РЧ можно выделить 3 области: ЭМП с частотой до 30 МГц, ЭМП с частотой более 10 ГГц и ЭМП с частотой 30 МГц – 10 ГГц. Для первой области характерно быстрое падение величины поглощения с уменьшением частоты (приблизительно пропорционально квадрату частоты). Отличительной особенно- стью второй является очень быстрое затухание энергии ЭМП при проникновении внутрь ткани: практически вся энергия по- глощается в поверхностных слоях биоструктур. Для третьей, промежуточной по частоте области, характерно наличие ряда максимумов поглощения, при которых тело как бы втягивает в себя поле и поглощает энергии больше, чем приходится на его поперечное сечение. В этом случае резко проявляются интерфе- ренционные явления, приводящие к возникновению локальных максимумов поглощения, так называемых «горячих пятен». Для человека условия возникновения локальных максимумов по- глощения в голове имеют место на частотах 750–2500 МГц, а максимум, обусловленный резонансом с общим размером тела, лежит в диапазоне частот 50–300 МГц. Биологическое действие ЭМП зависит от длины волны (или частоты излучения), режима генерации (непрерывный, им- пульсный), условий воздействия на организм (постоянное, пре- рывистое; общее, местное; интенсивность; длительность), пло- щади облучаемой поверхности, индивидуальных особенностей человека, наличия неблагоприятных факторов производствен- ной среды. Формы проявления биологического эффекта от воздей- ствия ЭМИ на организм различны, т.к. ткани живого организма в зависимости от частоты воздействующего облучения ведут се- 103 бя то как диэлектрик, то как проводник. Низкочастотные колебания возбуждают в организме элек- трические токи той же частоты – тело ведёт себя как хороший проводник, а результат действия будет зависеть от силы тока. С увеличением частоты облучаемой энергии возрастает глубина проникновения электромагнитных волн и поглощение мощно- сти. Ткани всё более проявляют диэлектрические свойства, а ос- новной эффект воздействия выражается в нагреве. Наиболее изучено тепловое действие СВЧ–излучения. энергия СВЧ–излучения, в первую очередь, поглощается моле- кулами с электромагнитными свойствами. Это молекулы воды,