Характеристика шума и ультразвука

Кафедра безопасности жизнедеятельности

 

 

ЛЕКЦИЯ

ПО БЕЗОПАСНОСТИ

Жизнедеятельности

Подсистема «Машина» как элемент

системы «Человек-машина-среда»

Автор: профессор Аверьянов Ю.И.

 

Челябинск 2002

Содержание

 

1. Классификация видов опасных и вредных производственных факторов в подсистеме «Машина»……………………………………………………3

 

2. Характеристика механических опасных и вредных производственных факторов…………………………………………………………………………….4

 

3. Характеристика электрических и электромагнитных опасных и вредных производственных факторов……………………………………………….9

 

4. Характеристика термических опасных и вредных производственных факторов………………………………………………………………………….14

 

5. Оценка уровня безопасности подсистемы «Машина»………………...15

 

6. Технические и электротехнические средства обеспечения безопасности………………………………………………………………………………….17

 

7. Пожаротехнические средства обеспечения безопасности……………22

 

1. Классификация видов опасных и вредных производственных факторов в подсистеме «Машина»

 

Подсистемой «Машина» называют совокупность технических средств используемых человеком в процессе деятельности.

По характеру проявления опасные и вредные производственные факторы могут быть:

- явные (движущиеся машины, пламя, поднятый и находящийся на весу груз);

- скрытые (скрытые дефекты или недостатки, приводящие к аварии).

Пространство, в котором постоянно действует или периодически возникает фактор опасный для жизни и здоровья человека называется опасной зоной.

Опасная зона характеризуется размером в пространстве и может быть постоянной или переменной.

Опасные и вредные производственные факторы в подсистеме «Машина» характеризуются:

- потенциалом;

- временем существования (воздействия);

- вероятностью появления;

- размерами зоны действия.

По характеру воздействия на человека опасные и вредные производственные факторы в подсистеме «Машина» делятся на следующие группы:

а) активные (факторы, которые могут оказывать воздействие на человека посредством заключенной в них энергии):

- механические (кинетическая энергия движущихся и вращающихся элементов; инфразвуковые и ультразвуковые шумы; общая и локальная вибрация; ударная волна; статическая нагрузка);

- термические (тепловая энергия; отрицательная и положительная аномальная температура; температура нагретых и охлажденных поверхностей; температура открытого огня пожара; температура химических реакций);

- электрические (электрический ток; статическое электричество; аномальная ионизация воздуха);

- электромагнитные (электромагнитные излучения; электрическое и электромагнитное поле; лазерное излучение);

б) пассивные (факторы появляющиеся опосредственно, в форме разрушения, взрыва и других аварий):

- коррозия материала;

- накипь в сосудах и трубопроводах;

- недостаточная прочность конструкций;

- повышенные нагрузки на механизмы и машины;

в) активно-пассивные (факторы, активизирующиеся за счет энергии, носителем которой является человек):

- острые неподвижные элементы (колющие и режущие кромки инструмента и оборудования; заусенцы и шероховатость поверхностей заготовок);

- незначительное трение между соприкасающимися поверхностями (скользкие поверхности полов кабин, площадок оборудования);

- неровности поверхности, по которой перемещается машина (углубления на дороге; возвышения на дороге; уклон поверхности дороги; подъемы на дороге).

 

Характеристика механических опасных и вредных

Производственных факторов

 

2.1. Кинетическая энергия движущихся элементов и машин.

Скорость движения и остановочный путь транспортного средства.

При неожиданном появлении препятствия перед движущимся транспортным средством возникает необходимость в экстренном торможении. Расстояние, пройденное транспортным средством от момента обнаружения препятствия до полной его остановки, называется остановочным путем.

Процесс торможения транспортного средства разделяется на три фазы:

Первая фаза торможения (S ₁) - реакция водителя на начало принятия решения об экстренном торможении при появление препятствия перед движущимся транспортным средством, которая может быть:

- простой (время реакции 0.14…0.2 с);

- сложной (время реакции 0.6…1.0 с).

Среднее время реакции водителя составляет в пределах от 0.4 до 0.5 секунд и более.

Вторая фаза торможения (S ₂) – срабатывание тормозного привода от начала воздействия на педаль тормоза до начала торможения (время срабатывания тормозов: гидравлических – 0.2 с; механических – 0.3; пневматических – 0.6…0.7 с).

Третья фаза торможения (S ₃) - непосредственное торможение транспортного средства, то есть момента от начала торможения до остановки колеса.

Полный остановочный путь (S_o) состоит из трех отрезков расстояния (S₁, S₂, S₃), который определяется из выражения:

или ,                       (1)

где: V_o - скорость движения, км/ч; t₁, t₂ - время реакции водителя и срабатывания тормозов, сек.; К_э - коэффициент эксплуатационного состояния тормозов; φ - коэффициент сцепления шин с дорогой; i – уклон или подъем.

Безопасную дистанцию между движущимися транспортными средствами, следующими друг за другом, определяют по формуле:

,                                                   (2)

где:2 - запасное добавочное расстояние, м.

Тормозной путь автопоезда на горизонтальной части дороги определяется по формуле:

,                                      (3)

где: G_а, G_п- полная масса автомобиля и прицепа, кг.

Устойчивость (продольная и поперечная) транспортного средства - способность транспортного средства противостоять действию внешних сил, приводящих к его опрокидыванию, сползанию или заносу. Устойчивость транспортного средства при движении зависит от его конструкционных параметров.

При движении транспортного средства на поворотах на него действует центробежная сила, стремящаяся опрокинуть или занести его.

Центробежную силу (Р_ц) можно определить по формуле:

,                                               (4)

где: g - ускорение силы тяжести, м/с²; R - радиус поворота, м.

Центробежная сила создает опрокидывающий момент (М_ц):

,                                                (5)

где: Р_ц – центробежная сила, Н; h_ц - высота центра тяжести от земли, м.

Сила тяжести, приложенная к центру тяжести или противодействующий опрокидыванию момент (М_в) определяется по выражению:

,                                                  (6)

где: В – ширина колеи транспортного средства, м.

Опрокидывание транспортного средства наступает при условии, когда:

М_ц> М_в или >                                     (7)

Боковое скольжение транспортного средства начинается при условии, что:

                                                     (8)

 

Опасности, связанные с эксплуатацией подъемно-транспортного оборудования.

Основополагающим принципом, определяющим опасные зоны у подъемно-транспортного оборудования, являются досягаемость подвесных выступающих либо двигающихся частей машины и оборудования в нормальном режиме работы и в случае падения или разрушения их, а также при падении поднимаемых, переносимых или перевозимых грузов.

Досягаемость падающей детали будет зависеть от высоты подъема (Н) причем отклонение от проекции груза на горизонтальную плоскость (r_х) будет равным и одинаково вероятным на любую из четырех сторон.

Наиболее простое решение состоит в том, что обычно величину (r_х) принимают равным трети величины (Н), то есть:

.                                                      (9)

 

Радиус опасной зоны можно определен по формуле:

,                                                   (10)

где: r_c - вылет стрелы крана или крюка стрелы крана (при работе с кранбалкой или тальюr_c =0)? м; 1_г – наибольший размер груза по горизонтальной составляющей, м.

Устойчивость крана (подвижного и самоходного) соблюдается при условии:

,                                      (11)

где: М_G, М_З - момент от веса крана и для обеспечения запаса устойчивости; ΣМ_S, ΣМ_J - сумма моментов от заданных сил и от сил инерции.

Расчет на прочность канатов ведется по формуле:

,                                                     (12)

где: К_з.п. - допустимый коэффициент запаса прочности, табличная величина; Р_к - разрывное усилие каната в целом применяемое по сертификату, а при проектировании по ГОСТ, Н; S_в - наибольшее натяжение ветви каната с учетом КПД полиспаста (без учета динамических нагрузок), Н.

,                                      (13)

где: G_г - вес груза (сила тяжести), Н; α - угол ветви к вертикали, град.; m –коэффициент который зависит от угла ветви к вертикали (при α = 0^о, 30^о, 45^о величина m = 1.0; 1.5; 1,42).

 

Характеристика шума и ультразвука

 

С физической точки зрения звук представляет собой волнообразно распространяющиеся механическое колебательное движение частиц упругой среды (газовой, жидкой или твердой) носящее, как правило, беспорядочный хаотический характер.

Ухо человека способно воспринимать звуки, слышимые в диапазоне частот от 16 Гц до 20 кГц, звуки до 16 Гц - ультразвук, свыше 20 кГц -- инфразвук.

Шум - это звук различных частот. Физический звук характеризуется частотой колебаний, интенсивностью звука и звуковым давлением.

Интенсивность звука (I) определяется из выражения:

,                                                          (14)

где: Е - поток звуковой энергии, Вт; S – площадь поверхности, на которую падает звуковая волна, м.

Ухо человека чувствительно не к интенсивности звука, а к давлению (Р) оказываемому звуковой волной, которое определяется по формуле:

,                                                          (15)

где: F - нормальная сила, с которой звуковая волна действует на поверхность, Н.

Порогу слышимости при частоте 1000 Гц соответствует интенсивность звука (I) равная 10^-12 Вт/м² и звуковое давление равно 2·10^-5 Па.

При интенсивности звука (I) равной 10² Вт/м² и звуковом давлении равном 2·10² Па создается ощущение боли в ушах. Эти уровни называют порогом болевого ощущения и превышают порог слышимости в 10¹⁴ и 10⁷ раз соответственно.

Оценку и измерение шума удобнее вести не в абсолютных значениях интенсивности звука и звукового давления, а в их относительных единицах, то есть их логарифмическими величинами (отношением величины фактической к пороговой). По логарифм, шкале увеличение интенсивности звука и звукового давления в 10 раз соответствует примерно приросту звукового ощущения на 1 единицу, называемую белом (Б).

Весь диапазон энергии, воспринимаемой слухом как звук, укладывается при этих условиях в 13 - 14 Б. Для удобства пользуются не белом, а единицей в 10 раз меньшей - децибелом (дБ), которая соответствует минимальному увеличению силы звука различаемому ухом.

Общепринято характеризовать интенсивность звука и звуковое давление их логарифмическими величинами то есть уровнем интенсивности звука (L_I) и уровнем звукового давления (L_P), которые определяются по формулам (16, 17):

,                                                           (16)

,                                                          (17)

где: I, I_о – интенсивность звука фактическая и на пороге слышимости, Вт/м²; Р, Р_о – звуковое давление фактическое и на пороге слышимости, Па.

Третьей важной характеристикой звука, определяющей его высоту, является частота колебаний, которая измеряется числом полных колебаний совершаемых в течение 1секунды (Гц).

Слышимый диапазон частот условно разделен на активные полосы, в которых верхняя граничная частота равна удвоенной нижней частоте. Каждая активная полоса характеризуется среднегеометрической частотой, которая определяется по формуле:

,                                     (18)

где: f1, f2 – нижняя и верхняя граничные частоты, Гц.

Для оценки ультразвука частотой интервал условно разделяется на трехоктавные полосы частот, в которых отношение граничных частот составляет величине равной - .

Наиболее опасными для здоровья человека являются высокочастотные импульсные шумы частотой примерно равной 4000 Гц.

Воздействие ультразвука схоже с высокочастотным шумом, однако имеются особенности.

Низкочастотный (шум) ультразвук оказывает локальное воздействие при соприкосновении с обрабатываемыми деталями и средами, возбуждая у человека вибрационную чувствительность в месте соприкосновения. Воздействие мощной установки (6…7 Вт/см²) может привести к поражению периферического нервного и сосудистого участка в местах контакта.

Нормирование шума и ультразвука.

Характеристикой постоянного шума на рабочем месте являются уровни звукового давления (за восьмичасовой рабочий день, изменяющийся во времени не более чем на 5дБ при измерениях по шкале шумомера «А» на временной характеристике «медленно») в октавных полосах со среднегеометрическими частотами –63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

Характеристикой непостоянного шума на рабочем месте является интегральный критерий - эквивалентный (по энергии) уровню звука в дБ, то есть такой уровень звука постоянного широкополосного шума (ширина непрерывного спектра больше одной октавы), который имеет тоже среднеквадратическое звуковое давление, что и данный непостоянный шума в течение определенного интервала времени.

Характеристикой ультразвука, создаваемого колебанием воздушной среды в рабочей зоне, являются уровни звукового давления в трехоктавных полосах со среднегеометрической частотой от 12.5 до 10 кГц.

Характеристикой ультразвука, передаваемого контактным путем, является пиковое значение виброскорости в частотном диапазоне 1·10⁵…1·10⁹ Гц, или его логарифмический уровень определяемый по формуле:

,                                                (19)

где: V- пиковое значение виброскорости, м/с; V_o -опорное значение виброскорости равное 5·10^-6 м/с.

Допустимый уровень ультразвука в зоне контакта оператора с рабочими органами не должны превышать 110 дБ.