Октавы и скорость изменения частоты
- (октава) полоса частот, у которой отношение верхней граничной частоты к нижней равно 2 … Российская энциклопедия по охране труда
октавная полоса частот - октава Полоса частот, у которой отношение верхней граничной частоты к нижней равно 2. [ГОСТ 24346 80] Тематики вибрация Синонимы октава EN octave DE oklavband FR octave … Справочник технического переводчика
Октавная полоса частот - 36. Октавная полоса частот Полоса частот, у которой отношение верхней граничной частоты к нижней равно 2 Источник …
октавная полоса - 3.6 октавная полоса (octave band): Диапазон частот, в котором верхняя частота равна удвоенной нижней. Примечание Октавные полосы указаны в таблице 1. Таблица 1 Стандартные полосы частот В герцах Октавная полоса Третьоктавная полоса Нижняя частота … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
октавная полоса - диапазон частот, при котором наивысшая частота вдвое больше самой низкой частоты … Русский индекс к Англо-русскому словарь по музыкальной терминологии
диапазон частот - 06.01.128 диапазон частот (оборудование) : Диапазон частот, на который может быть настроено оборудование для работы. Примечание Диапазон частот оборудования может быть разделен на переключаемые поддиапазоны,… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
диапазон частот измерений - 3.17 диапазон частот измерений (frequency range of interest): Третьоктавные полосы частот со среднегеометрическими частотами от 50 до 10000 Гц. Примечание Для определенных областей применения глушителей достаточно ограничиться измерениями в… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ 24346-80: Вибрация. Термины и определения - Терминология ГОСТ 24346 80: Вибрация. Термины и определения оригинал документа: 112. Автоколебания Колебания системы, возникающие в результате самовозбуждения Определения термина из разных документов: Автоколебания 137. Активная виброзащита… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
РД 34.21.306-96: Методические указания по обследованию динамического состояния строительных конструкций сооружений и фундаментов оборудования энергопредприятий - Терминология РД 34.21.306 96: Методические указания по обследованию динамического состояния строительных конструкций сооружений и фундаментов оборудования энергопредприятий: 54. Автоколебания Колебания системы, возникающие в результате… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ 23499-79: Материалы и изделия строительные звукопоглощающие и звукоизоляционные. Классификация и общие технические требования - Терминология ГОСТ 23499 79: Материалы и изделия строительные звукопоглощающие и звукоизоляционные. Классификация и общие технические требования оригинал документа: 9. Звукоизоляционный материал Материал, характеризующийся вязкоупругими свойствами … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
При решении практических задач чаще всего приходится иметь дело не с чистыми тонами, т.е. звуками одной частоты, а сложными звуками, представ-ляющими собой смесь многих простых колебаний различной интенсивности и частоты. Как известно, сложный колебательный процесс можно представить в виде суммы гармонических функций. Для звукового давления имеем
| р(ω ,t) =∑ p i ⋅ sin(ω i t + φ i | ) =∑ p i ⋅ sin(2πf i t + φ i) | (1.46) |
| i | i |
где p i , f i ,ω i и φ i - соответственно амплитуда, частота круговая частота и фаза составляющих.
Как известно из механики, графическое изображение этого процесса в функции времени называется осциллограммой. Такое представление при необ-ходимости выявления частотных составляющих требует специального гармо-нического анализа. В связи с этим, в акустике принято колебательный процесс изображать в виде функции частоты. Такая запись называется спектрограммой или звуковым спектром . Спектр позволяет судить о том, колебания каких час-
тот вносят наибольший вклад в формирование акустического поля, для каких частот следует проектировать звукоизоляцию и звукопоглощение, какова должна быть эффективность шумозащитных средств.
Различают несколько типов звуковых спектров (рис. 1.1). Спектр, в кото-ром отдельные составляющие отделены друг от друга более или менее значи-тельными частотными интервалами (рис.1.1, а ), называется линейчатым илидискретным .
Кратные составляющие линейчатого спектра называются гармониками. Количество и сила отдельных частотных составляющих звука определяют его слуховую окраску – тембр.
а – линейчатый спектр; б – сплошной спектр; в – смешанный спектр; г – спектр белого шума
Рис.1.1. Типы звуковых спектров
Если частотные составляющие следуют одна за другой непрерывно, то спектр называется сплошным (рис.1.1, б ). Такие спектры возникают при соуда-рении тел и при образовании звуковых импульсов. В случае, когда составляю-щие сплошного спектра шума имеют равные амплитуды (рис.1.1, г ) шум назы-вают белым шумом .
Человеческое ухо различает частотные составляющие звуковых колеба-ний также как и их амплитуды, т.е. по логарифмическому закону. Поэтому при-нято рассматривать и сравнивать частотные составляющие в полосах частот, ширина которых увеличивается по мере увеличения частоты. Общепринятыми считаются октавные и 1/3-октавные полосы частот. Каждая последующая ок-тавная полоса в два раза шире предыдущей, т.е. отношение верхней и нижней
Частотные полосы обозначаются их центральными частотами, которые опреде-ляются как среднегеометрическая величина верхней и нижней частоты данной
полосы, т.е. f = √ f 1 ⋅ f 2 .
В табл. 1.4. приведены центральные частоты и приближенные значения граничных частот октавных и 1/3-октавных полос.
6.2.5. Вибрация
Вибрация, как фактор производственной среды, встречается в самых разнообразных отраслях промышленности: металлообрабатывающей, металлургической, горнодобывающей, нефте-, газодобывающей, машиностроительной промышленности, на транспорте и сельском хозяйстве, а также многих других производствах. Некоторые технологические процессы – виброуплотнение, прессование, формование, процессы бурения и рыхления, транспортировка и др. также сопровождаются генерированием тех или иных видов вибрации.
Вибрация – это малые механические колебания, возникающие в упругих телах под воздействием переменных сил.
Самое разнообразное оборудование и аппаратура, транспортные механизмы, использующие возвратно-поступательные движущиеся системы (кривошипно-шатунные механизмы, перфораторы, вибротрамбовки, виброфармовочные машины и др.); неуравновешенные вращающиеся массы, ударное взаимодействие сопрягаемых деталей (режущий инструмент, дрели, шлифовальные машины, технологическое оборудование, зубчатые передачи, подшипниковые узлы); оборудование и инструмент, использующие в технологических целях ударное воздействие на обрабатываемый материал (рубильные и отбойные молотки, прессы, инструмент используемый в клепке, чеканке и т.д.) являются источником вибрации .
^ Вибрационная зона – это область распространения вибрации.
Характеристика вибрации. Вибрация характеризуется скоростью (υ, м/с) и ускорением (а, м/с 2) колеблющейся твердой поверхности. Обычно эти параметры называют виброскоростью и виброускорением.
В соответствии с законами биомеханики, ощущение человека, возникающие при различного рода внешних воздействиях и, в частности, вибрации, пропорциональны логарифму количества энергии раздражителя (закон Вебера-Фехнера). В этой связи в практику введены логарифмические величины – уровни виброскорости и виброускорения:
Единицей измерения уровня вибрации являются децибелы (ДБ). Стандартизированные в международном масштабе величины υ 0 = 5 · 10 -8 м/с, а 0 = 3 · 10 -4 м/с 2 приняты за пороговые значения виброскорости и виброускорения.
^ Частота вибрации (f ) – количество колебаний в единицу времени. Частота измеряется в герцах (Гц, 1/с) – количестве колебаний в секунду, а частота производственных вибраций изменяется в диапазоне от 0,5 до 8000 Гц. Период колебания Т (с): Т = 1/ f – время, в течение которого происходит одно колебание. Амплитуда виброперемещения А (м) – максимальное расстояние, на которое перемещается любая точка вибрирующего тела. Связь между виброперемещением, виброскоростью и виброускорением выражается формулами
,
г
173
де
π = 3,14.
Вибрация может характеризоваться одной или несколькими частотами (дискретный спектр) или широким набором частот (непрерывный спектр). Спектр частот разбивается на частотные полосы (октавные диапазоны). В октавном диапазоне верхняя граничная частота f 1 вдвое больше нижней граничной частоты f 2 , т.е. f 1 / f 2 = 2. Октавная полоса характеризуется ее среднегеометрической частотой.
Среднегеометрические частоты октавных полос частот вибрации стандартизированы
f
сг = 
И составляют: 1, 2, 4, 8, 16, 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц. Из определения октавы по среднегеометрическому значению ее частоты можно определить нижнее и верхнее значения октавной полосы частот.
Классификация вибрации. Производственная вибрация, в зависимости от ее физических характеристик, распространения в окружающей среде, источника возникновения классифицируется на следующие виды (Рисунок № 22):
Рисунок № 22
По способу передачи – на общую и локальную. Общая вибрация (вибрация рабочих мест) передается через опорные поверхности на все тело сидящего или стоящего человека. Локальная вибрация (местная) передается на руки или отдельные участки тела человека, контактирующие с вибрирующим инструментом или вибрирующими поверхностями технологического оборудования.
^ По направлению действия – на вертикальную вибрацию (Z ) , действующую вдоль ортогональной оси системы координат (стопа-голова); горизонтальную вибрацию (X ) (спина-грудь) и горизонтальную вибрацию (Y ) (правое плечо - левое плечо).
По временным характеристикам – на постоянные вибрации (величина виброскорости изменяется не более чем на 6 дБ); непостоянные вибрации (величина виброскорости изменяется не менее чем на 6 дБ).
^
П
174
о спектру
– на узкополосные
(уровни виброскорости на отдельных частотах или диапазонах частот более чем на 15 дБ превышают значения в соседних диапазонах); широкополосные
(отсутствуют выраженные частоты или узкие диапазоны частот, на которых уровни виброскорости превышают более чем 15 дб уровни соседних частот).
^ По частотному спектру – на низкочастотную (f сг = 8, 16 Гц для локальной вибрации и 1, 4 Гц для общей вибрации); среднечастотную (f сг = 31,5, 63 Гц для локальной и 8, 16 Гц для общей); высокочастотную (f сг = 125, 250, 500, 1000 Гц для локальной и 31,5, 63 Гц – для общей).
По источнику возникновения общая вибрация подразделяется на 3 категории: транспортная вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах транспортных средств при их движении по местности (категория 1); транспортно-технологическая вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах машин с ограниченной зоной перемещения при их перемещении по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок (категория 2); технологическая вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах стационарных машин и технологического оборудования или передающаяся на рабочие места, не имеющие источников вибрации (категория 3).
Действие вибрации на организм. В связи с тем, что вибрация воспринимается несколькими анализаторами (кожный, вестибулярный и др.), обладающими различными свойствами, ощущение вибрации меняется с изменением ее интенсивности, частотной характеристики, продолжительности, места и направления передачи и т.д.
Согласно современным представлениям, эффекты вибрационного воздействия на человека определяются деформацией или смещением тканей и органов, что нарушает их нормальное функционирование и приводит к раздражению многочисленных механорецепторов, воспринимающих вибрацию. Следствием этого является изменение психологических и физиологических реакций человека.
Вибрация относится к факторам, обладающим большой биологической активностью. Характер, глубина и направление физиологических и патологических изменений со стороны различных систем организма определяется не только характером вибрационного воздействия (частота и уровень действующей вибрации, продолжительность и место ее действия, направление оси действия вибрации), но и различными свойствами анатомических структур органов и тканей тела человека, а также особенностями индивидуальной чувствительности.
При воздействии вибрации на человека, наиболее существенно то, что тело человека в данном случае является сложной динамической системой, которой присущи ритмичные колебания, в том числе и внутренних органов. В этих условиях, при совпадении собственных частот внутренних органов человека и отдельных частей его тела с частотой вынужденной вибрации возникает явление резонанса, при котором резко возрастает амплитуда колебаний органов и частей тела. Поскольку тело человека является сложной колебательной системой с собственным резонансом, многие биологические эффекты имеют строго частотную зависимость.
О
175
бласть резонанса для головы сидящего человека находится в зоне между 20 и 30 Гц. В этом диапазоне амплитуда ускорения головы может в 3 раза превышать амплитуду плеч. Установлено, что главный резонанс тела спящего или лежащего человека для вибрации, действующей в направлении оси Z
, отмечается на частотах 4-6 Гц. Для стоящего на виброплощадке человека различают 2 резонансных типа на частотах 5-12 и 17-25 Гц.
Колебания внутренних органов в грудной и брюшной полостях при положении стоя обнаруживают резонанс под влиянием вибрации при частоте 3,0-3,5 Гц, но максимальная амплитуда колебаний брюшной стенки отмечается на частотах от 7-8 Гц, передней грудной стенки – от 7 до 11 Гц. Частотный диапазон от 4 до 8 Гц может оказаться лимитирующим для устойчивости человека и вибрации из-за смещения внутренних органов, особенно брюшной полости.
На рукоятке ручной машины при работе с ней имеются один максимум вибрации в области ниже 5 Гц и второй – в области 30-40 Гц.
Механическая система прямой руки человека имеет резонанс в области частот 30-60 Гц. При передаче вибрации от ладони к тыльной стороне кисти амплитуда колебаний при неизменной частоте 40-50 Гц уменьшается на 35-65%. Затухание колебаний увеличивается от кисти к локтю с максимальным эффектом в плечевом суставе и голове.
При длительном воздействии общей и локальной вибрации в организме человека возникают сложные морфо-функциональные изменения в различных органах и тканях. Преимущественно страдают центральная и периферическая нервная системы, регуляция сосудистого тонуса, приводящие в конечном итоге к развитию вибрационной болезни. К факторам производственной среды, усугубляющим вредное воздействие вибрации на организм человека, относятся повышенные мышечные нагрузки, неблагоприятные микроклиматические условия (прежде всего пониженная температура и повышенная влажность), шум высокой интенсивности, который, как правило, сопровождает вибрацию, психо-эмоциональная напряженность. Охлаждение и смачивание рук значительно повышает риск развития вибрационной болезни за счет усиления сосудистых реакций.
Гигиеническое нормирование вибрации. Основными нормативными документами, регламентирующими предельно допустимые величины вибрации являются следующие санитарные нормы, правила и стандарты: «Санитарно-эпидемиологические требования к условиям работы с источниками вибрации» № 310 (2005 г.); «Санитарные нормы и правила при работе с машинами и оборудованием, создающими локальную вибрацию, передающуюся на руки работающих» № 3041-84; ГОСТ 12.1.012-7 «ССБТ. Вибрация. Общие требования безопасности».
Гигиеническое нормирование устанавливается отдельно для общей и локальной вибрации. Общая вибрация нормируется в диапазонах октавных полос со среднегеометрическими значениями частот 2, 4, 8, 16, 31,5, 63 Гц (для транспортной вибрации дополнительно нормируется вибрация в октавной полосе с f сг = 1 Гц). Локальная вибрация нормируется в диапазонах частот с f сг = 16, 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц. Нормы установлены для продолжительности рабочей смены в 8 часов.
Допустимые значения уровня виброскорости для общей транспортной, транспортно-технологической и технологической вибрации, а также допустимые значения транспортной вибрации и локальной вибрации в октавных полосах частот представлены в таблицах № 26-28.
^ Таблица № 26. Допустимые значения транспортной вибрации в октавных полосах частот.
| ^ | Виброускорение | Виброскорость |
||||||
| м/с 2 | дБ | м/сх10 -2 | дБ |
|||||
| Z | XY | Z | XY | Z | XY | Z | XY |
|
| 1,0 | 1,10 | 0,40 | 121 | 112 | 20,0 | 6,3 | 132 | 122 |
| 2,0 | 0,8 | 0,45 | 118 | 113 | 7,1 | 3,5 | 123 | 117 |
| 4,0 | 0,56 | 0,79 | 115 | 118 | 2,5 | 3,2 | 114 | 116 |
| 8,0 | 0,63 | 1,60 | 116 | 124 | 1,3 | 3,2 | 108 | 116 |
| 16,0 | 1,10 | 3,20 | 121 | 130 | 1,1 | 3,2 | 107 | 116 |
| 31,5 | 2,20 | 6,30 | 127 | 136 | 1,1 | 3,2 | 107 | 116 |
| 63,0 | 4,50 | 13,0 | 133 | 142 | 1,1 | 3,2 | 107 | 116 |
| | 0,56 | 0,40 | 115 | 112 | 1,1 | 3,2 | 107 | 116 |
^ Таблица № 27. Гигиенические нормы вибрации.
| ^ Вид вибрации | Допустимый уровень виброскорости, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц |
||||||||||
| 1 | 2 | 4 | 8 | 16 | 31,5 | 63 | 125 | 250 | 500 | 1000 |
|
| Общая транспортная Вертикальная Горизонтальная | - | - | - | - |
|||||||
| Транспортно-технологическая | - | 117 | 108 | 102 | 101 | 101 | 101 | - | - | - | - |
| Технологическая | - | 108 | 99 | 93 | 92 | 92 | 92 | - | - | - | - |
| В производственных помещениях, где нет машин, генерирующих вибрацию | - | 100 | 91 | 85 | 84 | 84 | 84 | - | - | - | - |
| В служебных помещениях, здравпунктах, конструкторских бюро, лабораториях | - | 91 | 82 | 76 | 75 | 75 | 75 | - | - | - | - |
| Локальная вибрация | - | - | - | 115 | 109 | 109 | 109 | 109 | 109 | 109 | 109 |
^ Таблица № 28. Предельно допустимые значения параметров локальной вибрации по осям Z, X, Y.
| ^ Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц | Виброускорение | Виброскорость |
||
| м/с 2 | дБ | м/сх10 -2 | дБ |
|
| 8 | 1,4 | 123 | 2,8 | 115 |
| 16 | 1,4 | 123 | 1,4 | 109 |
| 31,5 | 2,8 | 129 | 1,4 | 109 |
| 63 | 5,6 | 135 | 1,4 | 109 |
| 125 | 11,0 | 141 | 1,4 | 109 |
| 250 | 22,0 | 147 | 1,4 | 109 |
| 500 | 45,0 | 153 | 1,4 | 109 |
| 1000 | 89 | 159 | 1,4 | 109 |
| Корректированные и эквивалентные корректированные значения и их уровни | 2,0 | 126 | 20,0 | 112 |
Меры предупреждения неблагоприятного воздействия на организм общей и локальной вибрации включают в себя технические, административные и медико-профилактические мероприятия. При использовании виброопасных ручных инструментов, работы следует проводить с применением режимов труда, которые должны обеспечивать: ограничение времени воздействия вибрации и рациональное распределение работ с виброопасными ручными инструментами в течение рабочей смены, ограничение длительности непрерывного одноразового воздействия вибрации и использование регламентированных перерывов для отдыха и лечебно-профилактических мероприятий.
В режимах труда необходимо указывать допустимое суммарное время контакта с вибрирующими ручными инструментами, продолжительность и время организации перерывов, как регламентированных, так и в соответствии с режимами труда, а также перечень работ, которыми операторы с ручными инструментами могут быть заняты во время перерывов.
В технических документах (паспорт, техническое описание, инструкция) на то или иное оборудование, инструмент и аппарат, являющихся источниками локальной вибрации, необходимо указывать следующее:
наличие конструктивных решений, исключающих или ограничивающих неблагоприятное влияние вибрации;
вибрационные характеристики (значения виброскорости и виброускорения) для всех номинальных режимов работы оборудования, инструмента и аппарата, измеренные в трех направлениях ортогональной системы осей координат в точках соприкосновения с руками оператора, шумовые характеристики;
масса ручного инструмента, вес ручного инструмента, приходящийся на руки работающего при выполнении различных технологических операций, минимальную силу нажатия, прикладываемую руками работающего в установленном паспортом режиме;
сопутствующие вредные производственные факторы, источниками которых являются данный инструмент и оборудование.
Техническая защита от вибраций включает следующие меры активной виброзащиты:
виброизоляция – уменьшение передачи колебаний от источника возбуждения к защищаемому объекту при помощи устройств, помещенных между ними (резиновые, пружинные виброизоляторы);
вибродемпфирование – увеличение механического активного импеданса колеблющегося элементов путем увеличения диссипативных сил при колебаниях с частотами, близкими к резонансным;
д
178
инамическое гашение колебаний путем присоединения к защищенному объекту системы, реакция которой уменьшает размах вибрации в точках присоединения;
изменение конструктивных элементов и строительных конструкций.
6.2.6. Шум
В период индустриализации, для современного научно-технического прогресса характерны возрастание производственных мощностей, появление нового оборудования с огромными мощностями, интенсификация существующих технологических процессов, которые сопровождаются возрастанием шумовой нагрузки на работающих, расширением диапазона акустических колебаний в сторону ультра- и инфразвуковых диапазонов.
Существенное значение для большинства городского населения в современных условиях приобретает шум в жилой зоне, который определяется воздействием целого ряда источников внешнего шума. К источникам подобного рода относятся, прежде всего, средства автомобильного, железнодорожного и воздушного транспорта, ряд промышленных предприятий и установок, а также другие шумовые воздействия, связанные с различными видами жизнедеятельности населения. Речь идет о внутридомовых шумовых воздействиях при работе санитарно-технического (водопровод, канализация), транспортного (лифты, мусоропроводы) оборудования, при работе в квартирах самых разнообразных электробытовых приборов (радио-, теле-, видеоаппаратуры и др.).
^ Шум – это беспорядочное сочетание звуков различной частоты и интенсивности.
Характеристика шума . Шум характеризуется скоростью колебания частиц воздуха υ (м/с), скоростью распространения звука с (м/с) – скорость распространения звуковой волны. При нормальных атмосферных условиях (температура 20°С, давление 10 5 Па) скорость распространения звука в воздухе равна 344 м/с.
Звуковое давление р (Па) – разность между мгновенным значением полного давления и средним давлением, которое наблюдается в невозмущенной среде.
179
р = υρс,
Где ρ – плотность среды (кг/м3), ρс – называют удельным акустическим сопротивлением (Па · с/м), равное 410 Па · с/м для воздуха, 1,5 · 10 6 Па · с/м – для воды, 4,8 · 10 7 Па · с/м – для стали.
При распространении звука со скоростью звуковой волны происходит перенос энергии, которая характеризуется интенсивностью звука.
^ Интенсивность звука I (Вт/м 2) – это энергия, переносимая звуковой волной в единицу времени, отнесенная к площади поверхности, через которую она распространяется.
I = р 2 / (ρс).
Как и для вибрации и по тем же самым причинам, звуковое давление и интенсивность звука принято характеризовать их логарифмическими значениями – уровнями звукового давления и интенсивности звука.
^ Уровень звукового давления
Где р – звуковое давление, Па; р 0 – пороговое звуковое давление, равное 2 · 10 -5 Па.
^ Уровень интенсивности звука
Где I – интенсивность звука, Па, I 0 – пороговая интенсивность звука, равная 10 -12 Вт/м 2 .
Важной характеристикой, определяющей распространение шума и его воздействие на человека, является его частота. Так же как и для вибрации, диапазон звуковых частот разбит на октавные полосы (f 1 /f 2 =2), характеризуемые их среднегеометрическими частотами f сг. Граничные и среднегеометрические частоты октавных полос приведены ниже (Таблица № 29).
Таблица № 29. Частоты и диапазоны октавных полос.
| ^ Среднегеометрические значения октавных полос, Гц
| Граничные частоты и диапазоны октавных полос, Гц
|
| 63 | 45…90 |
| 125 | 90…180 |
| 250 | 180…355 |
| 500 | 355…710 |
| 1000 | 710…1400 |
| 2000 | 1400…2800 |
| 4000 | 2800…5600 |
| 8000 | 5600…11200 |
Д
180
иапазон звукового давления, воспринимаемый ухом человека, очень большой, от едва различимого (порог слышимости) до величин, вызывающих неприятные болевые ощущения (порог болевых ощущений). Для оценки уровня силы звука (шума) пользуются не физическими характеристиками (давление, энергия), а относительными величинами, основанными на субъективном слуховом восприятии звуков. Такой величиной в настоящее время является единица бел (Б) – ступень логарифмической шкалы. Однако для практических целей пользуются не единицами бел, а величиной в 10 раз меньше, называемой децибел (дБ).
Человеческое ухо воспринимает механические колебания (шум) с частотами от 20 до 20 000 Гц. С возрастом этот диапазон суживается, особенно за счет понижения слышимости высоких тонов, до частот 12 000 Гц. Ультразвуковой диапазон – свыше 20 000 Гц (20 кГц), инфразвук – меньше 20 Гц. Чувствительность слухового аппарата человека наибольшее в диапазоне 2000-5000 Гц. Эталонный звук – звук частотой 1000 Гц.
В качестве пороговых значений приняты минимальные значения звукового давления и интенсивности звука, которые слышит человек при частоте звука в 1000 Гц, поэтому они получили названия порогов слышимости. В таблице № 30, представлены сравнительные величины интенсивности звуков от разных источников – от самого минимального до максимально интенсивного, сопровождающегося болевым порогом.
Таблица № 30 . Характеристика восприятия звука органом слуха человека.
| ^ Уровень звукового давления, дБ | Источник шума |
| 0 | Полная тишина |
| 10 | Шелест листвы |
| 35 - 40 | Тихий разговор, тихая музыка |
| 60 - 70 | Громкая речь |
| 75 - 80 | Громкая музыка, оживленная транспортная магистраль |
| 100 - 120 | Реактивный двигатель самолета |
| 130 - 140 | Болевой порог |
Классификация производственного шума. Шум классифицируется по частоте, спектральным и временным характеристиками, природе его возникновения (см. Рисунок № 23).
^ По частоте – акустические колебания различаются на инфразвук (f звук (20 ≤ f ≤ 20 000 Гц), ультразвук (f > 20 000 Гц). Акустические колебания звукового диапазона (воспринимаемого органом слуха человека) подразделяются на низкочастотные (менее 350 Гц), среднечастотные (от 350 до 800 Гц), высокочастотные (свыше 800 Гц).
По спектральным характеристикам – на широкополосный с непрерывным спектром более одной октавы и тональный (дискретный) , в спектре которого имеются выраженные дискретные тона (частоты, уровень звука на которых значительно выше уровня звука на других частотах).
^ По временным характеристикам – на постоянный (постоянным считается шум, уровень которого в течение 8-часового рабочего дня изменяется не более чем на 5 дБ) и непостоянный (непостоянным – если это изменение превышает 5 дБ). Непостоянные шумы, в свою очередь, разделяются на колеблющиеся, уровень звука которых изменяется непрерывно во времени; прерывистые, уровень звука которых изменяется ступенчато (на 5 дБ и более), причем длительность интервалов, в которых уровень звука остается постоянным не менее 1 с; импульсные, представляющие собой звуковые импульсы, длительностью менее 1 с.
^
П
182
181
о природе возникновения
– на механический, аэродинамический, гидравлический, электромагнитный
.
Рисунок № 23
Шум, являясь разновидностью акустических колебаний, подчинен физическим законам механических колебаний в упругих средах. Энергия от источника колебания передается частицам среды и, по мере распространения акустической волны, частицы среды вовлекаются в колебательные движения с частотой, равной частоте источника колебаний и с запаздыванием по фазе, зависящим от расстояния до источника и от скорости распространения волны. При этом скорость распространения акустической волны зависит не только от плотности среды, в которой она распространяется, но и расстояния от источника волны, длины самой волны и ряда других факторов. Распространяясь в пространстве, звуковые колебания создают акустическое поле, в котором находят отражение такие физические явления, как преломление, дифракция и отражение.
Важное значение для характеристики шумового фактора, его гигиенической оценки и выбора мер защиты имеет знание ряда акустических феноменов, возникающих при распространении звуковых волн.
Интерференция – явление наложения звуковых волн одинаковой частоты в определенной точке пространства одновременно в одной фазе или противофазе, определяющее усиление или ослабление звука.
Дифракция – процесс огибания звуковой волной препятствий конечных размеров.
^
Р
182
еверберация
– процесс распространения звуковой волны в замкнутых помещениях, сопровождающийся образованием звукового поля за счет многократного отражения звуковой волны от поверхности перекрытий и создающий условия появления гулкости помещений.
Резонанс – возрастание амплитуды колебаний упругих и инерционных сил системы, возникшей в результате наслоения колебаний внешней среды с собственными колебаниями системы.
Действие шума на организм . Шум относится к тем неблагоприятным факторам производственной среды, к которым нельзя привыкнуть. В биологическом отношении, шум – это сильный стрессовый фактор, вызывающий значительные изменения в центральной и периферической нервной системе, сердечно-сосудистой системе, нейро-эндокринной регуляции, функционировании органов желудочно-кишечного тракта. Шум производственный и бытовой (внутримикрорайоный, внутридомовой) может нарушать не только профессиональную деятельность, но и отдых, сон, мешать речевому общению, повреждать слух и вызывать другие патологические реакции в организме человека.
Шумовой фактор приводит к развитию специфических и неспецифических изменений в организме человека, глубина которых зависит от интенсивности и длительности воздействия акустических колебаний. Для «шумовой болезни», которая является общим заболеванием организма, с преимущественным поражением его ведущих систем, характерно постепенное развитие патологических процессов, начинающееся с неспецифических проявлений и заканчивающаяся развитием специфических изменений в органе слуха.
Специфическое повреждающее действие шума связано с развитием профессиональной потери слуха. Основные симптомы профессиональной тугоухости – это постепенная потеря слуха на оба уха, первоначальное ограничение слуха в зоне 4000 Гц с последующим распространением на более низкие частоты, определяющие способность восприятия речи. Морфофункциональные особенности профессиональной тугоухости заключаются в дегеративных изменениях органов Корти и спирального ганглия. Дополнительными признаками тугоухости может быть ряд симптомов – звон и шум в голове, гиперемия барабанной перепонки, ее втянутость и др.
По стандарту ИСО-1999 опасность потери слуха при 10-летней продолжительности воздействия шума у работающих составляет 10% при уровне шума 90 дБ(А); 29% – при уровне 100 дБ(А) и 55% – при 110 дБ(А). В развитии профессиональной тугоухости имеют значение суммарное время воздействия шума в течение рабочего дня и наличие пауз, а также общий стаж работы. Начальная стадия профессионального поражения чаще всего наблюдается у рабочих со стажем 5 лет, выраженные формы профессиональной тугоухости (поражение слуха на все частоты, нарушение восприятия шепотной и разговорной речи) со стажем работы свыше 10 лет.
С
183
уществует зависимость между заболеваемостью и длительностью проживания в условиях шумовой нагрузки. Так, рост общесоматической патологии в условиях урбанизированного города наблюдается после проживания в течение 8-10 лет, при воздействии шума с интенсивностью выше 70 дБ. В структуре заболеваемости ведущие места занимают болезни сердечно-сосудистой системы (гипертоническая болезнь, ишемическая болезнь сердца) астеновегетативный синдром. У лиц, подвергающихся действию шума, отмечаются изменения секреторной и моторной функции желудочно-кишечного тракта, сдвиги в обменных процессах. Под воздействием шума ослабляется внимание, снижается физическая и умственная работоспособность.
Гигиеническое нормирование шума. Для предотвращения неблагоприятного влияния шума на здоровье человека решающее значение имеют гигиенические нормативы допустимых уровней его воздействия. Конкретные методики по измерению шумовой нагрузки, мерах по ограничению и снижению неблагоприятного воздействия шума и его нормированию приведены в следующих нормативно-правовых актах: ПБ «О мерах по снижению негативного воздействия физических факторов на здоровье населения» Постановление Главного государственного санитарного врача МЗ РК № 12 от 06.11.2003 г.; МУ «Методические указания по гигиенической оценке производственной и внепроизводственной шумовой нагрузки» МЗ РК № 1.02.008/у-94; ГОСТ «ССБТ. Шум, общие требования безопасности» № 12.1.003-83; ГН «Гигиенические нормативы уровней шума на рабочих местах» № 139 от 24.03.2005 г.
Нормирование шума звукового диапазона осуществляется двумя методами: по предельному спектру уровня звука (для постоянных шумов) и по дБА (для непостоянных шумов).
Для постоянных шумов ПДУ звукового давления устанавливается в девяти октавных полосах со среднегеометрическими значениями частот 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц (Таблица № 31).
Нормирование непостоянных шумов (кроме импульсного) проводится в тех случаях, когда неизвестен спектр реального шума на рабочем месте. Нормируемым параметром в этом случае является эквивалентный (по энергии) уровень звука широкополосного постоянного шума, оказывающий на человека такое же воздействие, как и реальный непостоянный шум, измеряемый по шкале А шумомера. Измерители шума имеют специальную шкалу А. При измерении по шкале А характеристика чувствительности шумомера имитирует кривую чувствительности уха человека. Уровень звука, определенный по шкале А, имеет специальное обозначение L A и единицу измерения – дБА и применяется для ориентировочной оценки уровня шума. Уровень звука в дБА связан с предельным спектром следующей зависимостью:
L A = ПС + 5.
Допустимые уровни звукового давления зависят от частоты звука, от вида работы, выполняемой на рабочем месте. Более высокие частоты неприятнее для человека, поэтому, чем выше частота, тем меньше допустимый уровень звукового давления. Чем более высокие требования к вниманию и умственному напряжению при выполнении работы, тем меньше допустимые уровни звукового давления.
Таблица № 31. Допустимые уровни звукового давления, уровни звука и эквивалентные уровни звука на рабочих местах
| № | ^ Вид трудовой деятельности | Уровни звукового давления в дБ в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц | ^ Уровни звука и эквивалент-ные уровни звука, дБА |
||||||||
| Рабочее место | 31,5 | 63 | 125 | 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 | 8000 |
||
| 3 | Работа, выполняемая с часто получаемыми указаниями и акустическими сигналами работа, требующая постоянного слухового контроля и др. | 96 | 83 | 74 | 68 | 63 | 60 | 57 | 55 | 54 | 65 |
| 4 | Работа, требующая сосредоточенности; работа с повышенными требованиями к процессам наблюдения и дистанционного управления производственными циклами, за пультами и др. | 103 | 91 | 83 | 77 | 73 | 70 | 68 | 66 | 64 | 75 |
| 5 | Выполнение всех видов работ на постоянных рабочих местах в производственных помещениях | 107 | 95 | 87 | 82 | 78 | 75 | 73 | 71 | 69 | 80 |
| 14 | Рабочие места водителей и обслуживающего персонала грузовых автомобилей | 100 | 87 | 79 | 72 | 68 | 65 | 63 | 61 | 59 | 70 |
| 15 | Рабочие места водителей и обслуживающего персонала (пассажиров) легковых автомобилей и автобусов | 100 | 87 | 79 | 72 | 68 | 65 | 63 | 61 | 59 | 70 |
Санитарным законодательством представлены также предельно-допустимые уровни и эквивалентные уровни звука на рабочих местах с учетом категории тяжести и напряженности труда. Количественная оценка тяжести и напряженности трудового процесса проводится в соответствии с Руководством 2.013-94 «Гигиенические критерии оценки условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести, напряженности трудового процесса».
Таблица № 32. Предельно допустимые уровни звука и эквивалентные уровни звука для трудовой деятельности разных категорий тяжести и напряженности дБА
| ^ Категория напряженности трудового процесса | Категория тяжести трудового процесса |
||||
| ^ Тяжелый труд 1-й степени | Тяжелый труд 2-й степени | Тяжелый труд 3-й степени |
|||
| Напряженность легкой степени | 80 | 80 | 75 | 75 | 75 |
| Напряженность средней степени | 70 | 70 | 65 | 65 | 65 |
| Напряженный труд 1-й степени | 60 | 60 | - | - | - |
| Напряженный труд 2-й степени | 50 | 50 | - | - | - |
Исходя из показателей данной таблицы, результатов измерения уровней шума и анализа полученных материалов предоставляется возможность установить класс условий труда при воздействии шума на работающих. В рамках мер предупредительного и текущего санитарного надзора по улучшению условий труда немаловажное значение отводится утвержденным гигиеническим нормативам, регламентирующим предельно-допустимые уровни звукового давления на рабочих местах (Таблица № 33).
Таблица № 33. Предельно допустимые уровни звукового давления на рабочих местах
Если шум тональный или импульсный, то допустимые уровни должны приниматься на 5 дБ меньше значений, указанных в соответствующих нормативных документах.
Инфразвук . В настоящее время инфразвук становится одним из важных санитарно-гигиенических факторов, которые представляют потенциальную опасность не только для работников промышленных предприятий и транспорта, но и для населения. В современном производстве и на транспорте источником инфразвука являются турбины, компрессоры, кондиционеры, вентиляторы промышленного назначения, тяжелые машины с вращающимися частями, двигатели транспортных средств.
По спектру инфразвуковые шумы подразделяются на широкополосные (частотный спектр содержит одну и более октавную инфразвуковую полосу) и тональные (частотный спектр содержит одну из составляющих, превышающую уровни во всех других полосах частот на 10 дБ и более), а по временным параметрам инфразвук делится на постоянный (уровень звукового давления за время наблюдения в течение 1 минуты изменяется не более, чем на 10 дБ) и непостоянный (уровень звукового давления за время наблюдения в течение 1 минуты изменяется более чем на 10 дБ).
И
186
нфразвуковые колебания подчиняются тем же закономерностям, что и звуковые, но низкая частота колебаний придает им некоторые особенности. Это, прежде всего, низкие частоты и большие длинные волны, которые обусловливают слабое поглощение инфразвуковых волн и довольно легкое их распространение на значительные расстояния. Благодаря большой длине волны, инфразвуку свойственны дифракция (огибание препятствий), в следствие чего, он легко проникает в помещение и обходит преграды, являющиеся препятствием для слышимого звука. Для инфразвука характерно усиление в помещениях малых объемов без собственных источников шума, при закрытых дверях и окнах и даже в определенных точках помещения.
Инфразвук характеризуется такими же физическими параметрами, как и звук. Давление инфразвука выражается в Ньютонах на квадратный метр (Н/м 2); единицей измерения интенсивности инфразвука является Ватт на квадратный метр (Вт/м 2); частота колебаний инфразвука выражается в Герцах (Гц); уровень интенсивности инфразвука регистрируется в децибелах (дБ).
Изучение биологического и физиологического действия инфразвука на организм человека является достаточно сложной задачей, так как в практической жизни трудно установить границы между действием инфразвука и слышимого звука. Несмотря на слабую изученность механизмов действия инфразвука на организм, тем не менее, имеются литературные данные, которые свидетельствуют о том, что инфразвуковые волны оказывают выраженное неблагоприятное действие на психо-эмоциональную сферу и работоспособность, сердечно-сосудистую, эндокринную и другие системы, вестибулярный аппарат.
ПДУ звукового давления инфразвука на рабочих дифференцированно для различных видов работ. Общий уровень звукового давления для работ различной степени тяжести не должен превышать 100 дБ, для работ различной степени интеллектуально-эмоциональной напряженности – не более 95 дБ.
Ультразвук . Способность ультразвуковых колебаний поглощаться средой предопределило использование этого свойства в разного рода оборудовании и аппаратуре (генераторы, акустические преобразователи, приборы физиотерапевтического назначения и мн.др.), которые широко применяются в промышленности, технике (проведение дефектоскопии и структурного анализа вещества, определение физико-химических свойств материалов). Ультразвук широко применяется в медицине для диагностики и лечения самых разнообразных заболеваний: позвоночника, суставов, периферической нервной системы, а также для выполнения хирургических операций.
С гигиенических позиций, среди многообразия способов применения ультразвука выделяют два основных: 1) применение низкочастотного ультразвука (до 100 кГц), распространяющегося контактным и воздушным путем; 2) применение высокочастотного ультразвука (100 кГц – 100 МГц), распространяющегося исключительно контактным путем. Способность ультразвука оказывать биологическое действие на органы и ткани человека зависит от интенсивности, частоты и длительности воздействия ультразвука.
П
187
ри воздействии ультразвука на человека, в органах и тканях происходит ряд эффектов – механическое воздействие, тепловое воздействие (возникающее вследствие выделения тепла, при поглощении тканями ультразвуковой энергии), физико-химическое влияние (обусловлено окисляющим и каталитическим действием ультразвукового поля с увеличением трансмембранного переноса). При этом воздействие ультразвукового поля малой интенсивности обладает стимулирующим и активирующим действием на тканевой и клеточный метаболизм, влияние ультразвуковых полей средней и большой интенсивности, напротив, подавляет обменные процессы в организме с нарушением морфофункциональной структуры органов и тканей.
Ультразвук, воздействующий контактным путем, используемый в промышленности, биологии и медицине, по интенсивности подразделяют на низкоинтенсивный – до 1,5 Вт/см 2 , среднеинтенсивный – 1,5-3,0 Вт/см 2 и высокоинтенсивный 3-10 Вт/см 2 .
Систематическое воздействие интенсивного низкочастотного ультразвука, превышающего гигиенические нормативы, может приводить к значительным функциональным изменениям со стороны центральной и периферической нервной системы, сердечно-сосудистой системы, слухового и вестибулярного анализатора, нейро-эндокринным нарушениям в организме. Эти изменения аналогичны тем, которые могут проявляться при воздействии высокочастотного шума. Последний, в сочетании с интенсивным ультразвуком, оказывает выраженное влияние на реакцию вестибулярного анализатора и, соответственно, нарушение вестибулярной функции.
Лица, работающие с источниками контактного ультразвука, часто предъявляют жалобы на повышенную чувствительность рук к холоду, парестезии и чувство слабости в руках и боли в ночное время. При этом имеют место также головные боли, головокружения, шум в ушах и голове, общая слабость, сердцебиение и болевые ощущения в области сердца. При прогрессировании нарушений под влиянием контактного ультразвука, на ряду с поражением периферического нейрососудистого аппарата рук, отмечаются остеопоротические и остеосклеротические изменения фаланг кистей. Довольно часто развивается вегето-сенсорная полинейропатия рук.
Для ультразвука, распространяющегося воздушным путем, допустимые уровни звукового давления (УЗД) установлены для диапазона частот 12,5…100 кГц. ПДУ звукового давления изменяются от 80 дБ для частоты 12,5 кГц до 110 дБ диапазона частот 31,5…100 кГц (Таблица № 34).
Для контактного ультразвука уровни ультразвука в зонах контакта рук и других частей тела не должны превышать 110 дБ.
Когда рабочие подвергаются совместному воздействию воздушного и контактного ультразвука, допустимые уровни контактного ультразвука должны уменьшаться на 5 дБ.
Таблица № 34. Допустимые уровни ультразвука на рабочих местах.
Профилактические мероприятия. Борьба с неблагоприятным воздействием шума, инфра- и ультразвука включает целый комплекс мероприятий, относящихся к технической и медицинской компетенции, главными из которых являются:
устранение причины шума, инфра- и ультразвука или существенное их ослабление в самом источнике образования;
изоляция источника шума, инфра- и ультразвука от окружающей среды средствами звукозащиты и звукопоглощения;
уменьшение плотности звуковой энергии помещения, отраженной от стен и перекрытий, а также рациональная планировка помещений и цехов;
применение средств индивидуальной и коллективной защиты от шума, инфра- и ультразвука;
рационализация режимов труда и отдыха, использование комплекса профилактических мероприятий медицинского характера.
Меры предупреждения воздействия шума, инфра- и ультразвука на организм человека в условиях населенных мест также предусматривают комплекс технических, архитектурно-планировочных и административных мероприятий, направленных на создание шумового режима, отвечающего гигиеническим требованиям в городской застройке. Среди этих мер важное значение отводится возведению домов со специальной архитектурно-планировочной структурой и объемо-пространственным решением (расположение комнат общего пользования со стороны источника шума – транспортная магистраль, и, соответственно, спален – со стороны двора); созданию шумозащитных полос озеленения, использованию строительных материалов с повышенными звукоизоляционными и звукопоглощающими свойствами, а также конструкции оконных проемов с повышенной звукоизоляцией.
В
189
комплексе технических, архитектурно-планировочных мероприятий по борьбе с шумом, инфра- и ультразвуком, определенное место занимают медицинские средства профилактики, важнейшее значение среди которых отводится предварительным и периодическим медицинским осмотрам. При этом противопоказаниями для приема на работу, сопровождающиеся воздействием шума, инфра- и ультразвука, являются стойкое снижение слуха любой этиологии, отосклероз и другие хронические заболевания уха, нарушение вестибулярного аппарата любой этиологии и болезнь Меньера. Важное значение имеют также мероприятия, направленные на повышение сопротивляемости организма при воздействии шума, инфра- и ультразвука (рациональное питание и витаминизация, психофизиологическая разгрузка, производственная гимнастика, соблюдение здорового образа жизни).
ОКТАВЫ И СКОРОСТЬ ИЗМЕНЕНИЯ ЧАСТОТЫ
Октавы используются для определения разницы между двумя частотами. Например, разница между частотами 10 Гц и 500 Гц составляет 490 Гц. Октавы представляют эту разницу в логарифмическом масштабе.
Почти все из нас слышали, что понятие октавы используется в музыке. У пианино разница частот между двумя ближайшими нотами одного наименования как раз составляет октаву. Международной стандартной нотой для настройки музыкальных инструментов является нота ля, частота которой равна 440 Гц. Частота ноты октавой выше равна 880 Гц, а октавой ниже – 220 Гц. Таким образом, мы видим, что октава обладает свойством удваивания, другими словами это логарифмическое отношение.
Что бы определить количество октав между двумя частотами можно использовать следующую формулу:
где f н – нижняя частота, f в – верхняя частота.
При испытаниях скользящей синусоидой используется логарифмический масштаб изменения частоты. Это делается с целью обеспечения условий равного нагружения объекта испытаний на разных частотах. Так при частоте 10 Гц за 1секунду происходит 10 циклов колебаний. Эти же 10 циклов колебаний занимают одну сотую секунды при частоте 1000 Гц. Это значит, что для обеспечения равнонагруженного состояния (равного количества циклов колебаний) на разных частотах с увеличением частоты время колебаний на этой частоте должно уменьшаться.
Наиболее часто используется скорость изменения частоты 1 окт./мин. Если испытания начинаются с 10 Гц, то первую минуту будет пройден диапазон 10 Гц – 20 Гц, за следующую минуту - 20 Гц – 40 Гц и т.д. Для частотного диапазона 15 Гц – 1000 Гц количество октав равно 6.1. При скорости 1 октава в минуту время испытаний составит 6.1 минуты.
ЧТО ТАКОЕ СЛУЧАЙНАЯ ВИБРАЦИЯ?
Если мы возьмем конструкцию, состоящую из нескольких балок различной длины и начнем ее возбуждать скользящей синусоидой, то каждая балки будет интенсивно колебаться при возбуждении ее собственной частоты. Однако если мы возбудим эту же конструкцию широкополосным случайным сигналом, то мы увидим, что все балки начнут сильно раскачиваться, как будто в сигнале одновременно присутствуют все частоты. Это так и в то же время не так. Картина будет более реальной, если мы предположим, что в течение некоторого промежутка времени эти частотные компоненты присутствуют в сигнале возбуждения, но их уровень и фаза изменяются случайным образом. Время – вот ключевой момент в понимании случайного процесса. Теоретически мы должны учитывать бесконечный период времени, чтобы иметь истинный случайный сигнал. Если сигнал действительно случайный, то он никогда не повторяется.
Раньше для анализа случайного процесса применялась аппаратура на основе полосовых фильтров, которые выделяли и оценивали отдельные частотные составляющие. Современные анализаторы спектров используют алгоритм быстрого преобразования Фурье (БПФ). Случайный непрерывный сигнал измеряется и дискретизируется по времени. Затем для каждой временной точки сигнала вычисляется синусная и косинусная функции, которые определяют уровни частотных компонент сигнала, присутствующих в анализируемом периоде сигнала. Далее проводится измерение и анализ сигнала для следующего временного интервала и его результаты усредняются с результатами предыдущего анализа. Так повторяется до тех пор, пока не будет получено приемлемое усреднение. На практике число усреднений может колебаться от двух – трех до нескольких десятков и даже сотен.
На рисунке, представленном ниже, показано как сумма синусоид с различными частотами образуют сигнал сложной формы. Может показаться, что суммарный сигнал является случайным. Но это не так, потому что составляющие имеют постоянную амплитуду и и фазу и изменяются по синусоидальному закону. Таким образом, показанный процесс периодический, повторяющийся и предсказуемый.
В действительности случайный сигнал имеет составляющие, амплитуды и фазы которых изменяются случайным образом.
На рисунке ниже показан спектр суммарного сигнала. Каждая частотная составляющая суммарного сигнала имеет постоянную величину, но для истинно случайного сигнала величина каждой составляющей будет все время изменяться и спектральный анализ покажет усредненные по времени значения.
Частота, Гц
Алгоритм БПФ обрабатывает случайный сигнал в течение времени проведения анализа и определяет величину каждой частотной составляющей. Эти величины представляются среднеквадратическими значениями, которые затем возводятся в квадрат. Так как мы измеряем ускорение, то единицей измерения будет перегрузка gn скв, а после возведения в квадрат - gn 2 скв. Если частотное разрешение при анализе равно 1 Гц, то измеряемая величина будет выражаться как количество ускорения возведенного в квадрат в частотном диапазоне шириной 1Гц и единицей измерения будет gn 2 /Гц. При этом нужно помнить, что gn – это gn скв.
Единица gn 2 /Гц используется при вычислении спектральной плотности и по существу выражает среднюю мощность, заключенную в частотном диапазоне шириной 1 Гц. Из профиля испытаний случайной вибрацией мы можем определить суммарную мощность, сложив мощности каждого диапазона шириной 1 Гц. Профиль, показанный ниже, имеет всего три диапазона шириной 1 Гц, но рассматриваемый метод применим к любому профилю.
Спектральная плотность,
g скв 2 /Гц
Частота, Гц
(4 g 2 /Гц = 4g скв 2 в каждом диапазоне шириной 1 Гц)
Суммарное ускорение (перегрузку) gn скв профиля можно получить сложением, но так как значения являются среднеквадратическими, то они суммируются следующим образом:
Такой же результат можно получить используя более общую формулу:
Однако профили случайной вибрации, используемые в настоящее время, редко являются плоскими и больше похожи на горный массив в разрезе.
Спектральная плотность,
g скв 2 /Гц
(лог. шкала)
Частота, Гц (лог. шкала)
На первый взгляд определение суммарного ускорения gn показанного профиля задача довольно простая, и определяется как среднеквадратическая сумма значений четырех сегментов. Однако профиль показан в логарифмическом масштабе и наклонные прямые на самом деле не прямые. Эти линии являются экспоненциальными кривыми. Поэтому нам нужно вычислить площадь под кривыми, а это задача намного сложнее. Как это сделать, мы рассматривать не будем, но можно сказать, что суммарное ускорение равно 12.62 g скв.
Для чего нужно знать суммарное ускорение при случайной вибрации?
В режиме случайной вибрации вибрационная испытательная система имеет номинальную толкающую силу, которая выражается в Н скв или кгс скв. Заметьте, что сила определяется среднеквадратическим значением в отличие от синусоидальной вибрации, где используется амплитудное значение. Формула для определения силы такая же: F = m*a, но так как сила имеет среднеквадратическое значение, то и ускорение должно быть среднеквадратическим.
Сила (Н скв.) = масса (кг) * ускорение (м/с 2 скв.)
Сила (кгс скв.) = масса (кг) * ускорение (gn скв.)
Помните, что под массой понимается общая масса всех подвижных частей!
Что понимается под перемещением при случайной вибрации?
Для нас важно знать перемещение при заданном профиле испытаний, так как оно может превысить максимально допустимое перемещение вибратора. Не вдаваясь в подробности, мы знаем, как рассчитать суммарное среднеквадратическое ускорение и нет причин мешающих нам определить среднеквадратическую скорость и среднеквадратическое перемещение для данного профиля. Трудности появляются тогда, когда мы хотим перейти от среднеквадратического значения к амплитудному или к размаху. Давайте вспомним, что отношение амплитудного значения к среднеквадратическому называется пик-фактором, который для синусоидального сигнала равен корню квадратному из 2. Коэффициенты перехода от среднеквадратического значения к амплитудному и обратно равны соответственно 1.414 (2) и 0.707 (1/2). Однако мы имеем дело не с синусоидальным сигналом, а со случайным процессом, у которого теоретический пик-фактор равен бесконечности, так как амплитудное значение случайного сигнала может быть равно бесконечности. На практике значение пик-фактора принимают равным 3. На рисунке показана кривая нормального распределения случайного сигнала. По статистике, если ограничиться шириной интервала 3, то это охватит 99.73% всех возможных значений амплитуд истинного случайного сигнала.
Плотность вероятности
Кривая нормального распределения
Следовательно, если принять, что при пик-факторе равном трем контроллер случайной вибрации будет генерировать случайный сигнал с максимальной амплитудой в три раза превышающей среднеквадратическое значение, то из этого следует, что расчетное перемещение будет равно суммарному среднеквадратическому перемещению умноженному на значение пик-фактора и умноженному на 2. Это расчетное перемещение не должно превышать максимально допустимое перемещения вибратора.
Практические аспекты выбора значения пик-фактора
Мы можем сделать так, чтобы контроллер случайной вибрации генерировал сигнал с пик-фактором равным 3, который через вибратор будет передаваться испытываемому образцу. К сожалению и вибратор и образец являются существенно нелинейными системами и имеют резонансы. Эта нелинейность с резонансами будет вызывать искажения. В конечном итоге мы увидим, что пик-фактор, измеренный на столе вибратора или объекте испытаний, будет значительно отличаться от первоначально заданного! Контроллеры случайной вибрации не корректируют это автоматически.
Внеполосовая мощность
Необходимо обратить внимание на эффект, который может проявиться при возбуждении случайным сигналом образца, разработанного для эксплуатации в частотном диапазоне, например, до 1000 Гц. Генерируемый контроллером сигнал может возбудить резонансные частоты, лежащие намного выше частоты 1000 Гц. Эти частоты возбуждаются гармониками. Поэтому нелишне контролировать мощность сигнала выше диапазона испытаний, так как она может вызвать разрушение работоспособного в заданном диапазоне частот (в данном случае - до 1000 Гц) образца.
Узкополосная случайная вибрация
Толкающая сила вибраторов в режиме случайной вибрации измеряется при следующих условиях:
масса нагрузки примерно в два раза больше массы арматуры (подвижной части вибратора)
профиль испытаний соответствует стандарту ISO 5344
отношение амплитудного значения к среднеквадратическому значению ускорения не менее 3-х.
Вибрационные испытательные системы имеют нелинейную частотную характеристику (на одних частотах их эффективность выше, на других ниже), и случайный процесс на частотах ниже 500 Гц воспроизводится с меньшей эффективностью. В этом случае усилителю может не хватить мощности, чтобы создать необходимую толкающую силу. Выбор более мощного усилителя решит эту проблему.
ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ
Наиболее часто используемые единицы измерения плотности спектра мощности следующие:
gn²/Гц | ||||
(м/с²)²/Гц | ||||
gn/ Ö Гц |
В любом случае нужно помнить, что ускорение выражается в среднеквадратических значениях.
Чтобы преобразовать единицы измерений:
g²/Гц в м²/с³ | умножить на 9.80665² | т.е.´ 96.1703842 |
м²/с³ в g²/Гц | разделить на 9.80665² | т.е.¸ 96.1703842 |
g/ Ö Гц в g²/Гц | возвести в квадрат g/ Ö Гц | т.е. (g/ Ö Hz)² |
g²/Гц в g/ Ö Гц | извлечь кв. корень из g²/Hz | т.е. Ö (g²/Hz) |
КАК ВЛИЯЕТ ВИБРАЦИЯ НА МОЮ ПРОДУКЦИЮ?
Вся продукция подвергается действию вибрации, о которой мы в большинстве случаев мало что знаем. Причиной вибрации являются условия эксплуатации продукции, ее транспортировка или сама продукция. Например, электронные компоненты стиральной машины подвергаются действию сильной вибрации. Нам необходимо понимать последствия действия вибрации, чтобы это помогло создавать продукцию высокого качества и надежности.
Если мы рассмотрим автомобильную магнитолу, установленную на приборной панели, то она подвергается действию вибрации. Источниками вибрации являются двигатель, трансмиссия, профиль дороги. Диапазон частот вибрации обычно лежит в пределах 1 Гц – 1000 Гц. Например, скорость вращения двигателя 3000 об./мин соответствует частоте 50 Гц. Эта вибрация передается на панель приборов даже если двигатель установлен на виброизолирующие опоры, которые теоретически не должны пропускать вибрацию на кузов автомобиля. Итак, у нас есть источник вибрации, который возбуждает панель приборов и автомагнитолу.
Приборная панель
Вибрация
Вибрация, создаваемая источником, может быть небольшая, но к моменту достижения магнитолы уровень вибрации может значительно увеличиться за счет резонансов кузова автомобиля и приборной панели.
Резонанс
Хорошим примером резонанса является звук, издаваемый бокалом, если водить мокрым пальцем по его краю. Стенки бокала начинают колебаться на собственной частоте. Эти колебания вызывают звуковые волны, которые мы слышим. Сами колебания вызываются трением пальца о стекло. Известна история об оперном певце, который своим голосом разбил бокал. Если частота звуковых колебаний совпадет с собственной частотой колебаний стенок бокала, колебания могут стать такими интенсивными, что стекло лопнет.
Край фужера при резонансе
Резонансной частотой предмета является частота, на которой предмет будет колебаться естественным путем, если его вывести из состояния равновесия. Например, при щипке гитарной струны она будет колебаться на резонансной частоте, колокол после удара также будет колебаться на резонансной частоте.
Балка при резонансе
воздействие
Усиление = 20
На рисунке показано как резонанс усиливает колебания. В этом примере возбуждающее перемещение амплитудой 1 мм вызывает колебания балки амплитудой 20 мм, величина которой в определенной степени зависит и от добротности балки. Чрезмерный изгиб балки может привести к ее усталостному разрушению.
Острота резонанса, известная как добротность (критерий качества), определяется величиной демпфирования. Влияние демпфирования можно услышать, прикоснувшись рукой к звучащему колоколу: рука будет демпфировать его вибрацию, т.е. амплитуду колебаний и звук колокола изменится и быстро затухнет.
На рисунке ниже показан резонансный пик на частоте f. Чем больше демпфирование, тем ниже и шире резонансный пик. Демпфирование выражается через добротность Q, которая определяет ширину резонансной кривой по уровню половинной мощности (А/2) или уровню –3 дБ от А, где А – максимальная амплитуда. (-3 дБ величина округленная, точное значение равно –3.0102299957 дБ).
Уровень
Частота
Как резонанс влияет на автомагнитолу?
Ослабление кожуха (дребезг)
Излом кабеля
Удар
Приборная панель
Повреждение
платы
Эта картинка иллюстрирует:
Плохо закрепленная печатная плата будет изгибаться и со временем треснет или сломается.
При резонансе печатной платы она передает высокие уровни колебаний электронным компонентам, которые могут преждевременно выйти из строя.
Кабели и провода могут со временем переломиться в точке крепления к плате из-за усталостных напряжений.
Если все устройство не будет тщательно закреплено, оно может ударяться о другие элементы приборной панели, вызывая раздражающее дребезжание, но что более опасно, подвергать ударным нагрузкам электронные компоненты и вызывать их резонансные колебания.
Так как в автомагнитоле есть кассетный магнитофон, то вибрация лентопротяжного механизма может вызвать завывание и дребезжание звука, повреждение пленки.
ИЗОЛЯЦИЯ ВИБРАТОРА
При работе в вертикальном положении вибратор создает толкающее усилие, направленное вертикально. Согласно третьему закону Ньютона каждое действие вызывает противодействие. Из этого следует, что прикладывая силу к нашему объекту испытаний мы воздействуем такой же силой на пол.
Объект испытаний
Сила
Так как большинство зданий имеют собственную частоту порядка 15 Гц, то возбуждаются резонансные частоты не только предметов, окружающие вибратор, но и резонансные частоты здания, а это в некоторых случаях может привести к повреждению здания.
Чтобы такая проблема не возникла можно применить сейсмическую массу – обычно большой бетонный блок, вес которого должен быть не менее, чем в 10 раз больше максимальной толкающей силы, развиваемой вибратором,
или использовать некоторые другие методы изоляции, такие как пневматические опоры, или опоры из резины.
Арматура
Перемещение арматуры
Пневмопружина
Перемещение корпуса
Большинство вибраторов поставляются с элементами виброизоляции. Однако при этом возникает другая проблема, связанная с движением корпуса вибратора. Из-за того, что корпус вибратора изолирован от пола с помощью "пружин", при движении арматуры вибратора с нагрузкой вверх, корпус вибратора стремиться двигаться вниз. Перемещение корпуса вибратора уменьшает перемещение стола вибратора относительно пола и, следовательно, ускорение стола, которое имеет абсолютное значение. Величина перемещения корпуса связана с отношением общей подвижной массы к массе корпуса вибратора. Чем тяжелее полезная нагрузка, тем больше перемещение корпуса. Максимальное перемещение стола относительно пола можно определить по следующей формуле:
К сожалению, виброизоляторы имеют резонансы на частотах 2.5 Гц, 5 Гц, 10 Гц или 15 Гц в зависимости от типа изолятора. Если вибратор работает большим с перемещением на частоте резонанса изолятора, то приведенная формула не имеет смысла, так как объект испытаний будет оставаться неподвижным, в то время как корпус вибратора будет двигаться.
ОПРОКИДЫВАЮЩИЙ МОМЕНТ
Существует правило, согласно которому центр тяжести объекта испытаний и оснастки следует размещать на продольной оси арматуры. Если это правило не соблюдать, то можно:
перегрузить объект испытаний
повредить вибратор
Конструкция вибратора обеспечивает передачу толкающего усилия вдоль оси арматуры, поэтому смещение полезной нагрузки и оснастки от продольной оси вызывает "опрокидывание" арматуры. Это опрокидывающее движение воспринимается направляющими арматуры и нагружает их, что, в крайнем случае, может привести к повреждению подшипников направляющих и подвижной катушки. Объект испытаний также подвергается воздействию поперечных нагрузок, которые не предусмотрены режимами испытаний. Если оснастка недостаточно жесткая, у нее возможен резонанс в поперечном направлении, при котором на объект испытаний действует значительная неконтролируемая вибрация. Например, при поперечном ускорении 5g, вызванном смещением нагрузки и оснастки, имеющей добротность на частоте резонанса Q=50, объект испытаний на этой частоте будет иметь ускорение 250g!
Контроль
Для предупреждения такой ситуации хорошим правилом является контроль поперечного ускорения. В тех случаях, когда поперечным ускорением нельзя пренебречь, можно в рамках стратегии управления уменьшить перемещение в вертикальном направлении, чтобы не перегрузить объект испытаний. Такой метод используется при многоканальном управлении, когда управляющий сигнал формируется по реакции испытываемого объекта в нескольких точках.
Если ваша оснастка жесткая, тщательно спроектирована и изготовлена, центры тяжести оснастки и объекта испытаний лежат на продольной оси стола вибратора, то опрокидывающий момент будет минимальным и его можно не учитывать.
Примечание . При вибрации сложной конструкции положение ее центра тяжести может зависеть от частоты возбуждения, поэтому на разных частотах положение центра тяжести будет другим.
ДокументВ вокальных партиях Ричард нередко использовал, скорее, ... , барабанщик Джинджер Бейкер , пианист Джонни... еще во введении , рок подразделяется... незамысловатые сценки полугероического содержания . Адам Энт, ... нотами, особой крупной вибрацией в конце фразы, ...