Методы борьбы с шумом и вибрацией

Основными методами борьбы с производственным шумом и вибрацией является:

– уменьшение шума в источнике;

– звукопоглощение и вибропоглащение;

– звукоизоляция и виброизоляция;

– акустическая обработка помещений;

– уменьшение шума на пути его распространения;

– рациональная планировка предприятия и цехов;

– установка глушителей шума;

– применение средств индивидуальной защиты.

Шум возникает вследствие упругих колебаний как машины в целом, так и отдельных ее деталей. Причины возникновения этих колебаний:

– механические;

– аэродинамические;

– гидродинамические;

– электроявления.

В связи с этим различают шумы:

– механические;

– аэродинамические;

– гидродинамические;

– электромагнитного происхождения.

Основным источником механического шума являются:

– подшипники качения;

– зубчатые передачи;

– неуравновешенные вращающиеся части машин.

Уменьшение механического шума может быть достигнуто путем совершенствования технологических процессов и оборудования:

– замена ударных процессов и механизмов безударными, например, применение оборудования с гидроприводом вместо оборудования с кривошипными и эксцентриковыми приводами; штамповку – прессованием, клепку – сваркой, обрубку – резкой;

– замена возвратно-поступательного движения – вращательными движениями, применение вместо прямозубых шестерен – косозубых и шевронных, повышение класса точности обработки, замена зубчатых и цепных передач – клиноременными, что дает снижение шума на 10-14 дБ;

– замена подшипников качения на скольжения, снижение шума на 10-15 дБ;

– замена металлических деталей на пластмассовые – 10-12 дБ снижение шума;

– применение принудительной смазки трущихся поверхностей;

– балансировка вращающихся элементов машин.

Основные источники шума станков можно разделить на 5 групп:

1. Зубчатые передачи – главного и вспомогательного движения, коробки передач.

2.   Гидравлические агрегаты.

3.   Электродвигатели.

4.   Направляющие трубы токарных автоматов.

5.   Прочие резания.

Кроме того, источником шума являются:

– подшипники;

– ременные передачи;

– кулачковые механизмы;

– дисковые муфты.

Насосы и электродвигатели должны монтироваться на виброизоляторах. На участках токарных автоматов источником шума являются удары обрабатываемого прутка по стенкам направляющих труб. Разработано большое количество конструкций малошумных направляющих труб.

Самым эффективным методом снижения шума при обработке металлов резанием является оснащение станка подвижными кожухами, герметично закрывающими зону резания. Обычные кожухи изготавливаются из листового железа, предназначены они только для защиты оператора от попадания эмульсии и стружки. Звукоизолирующий кожух состоит из 2-х слоев листового железа, между которыми находится демпфирующий материал. Места контакта кожуха уплотнены вибропоглащающим материалом.

Кожухи и ограждения на станке, предназначенные для устранения случайного контакта человека с подвижным механизмом, необходимо выполнять герметичными, стенки должны быть многослойными или иметь демпфирующее покрытие.

Уровни силы производственных шумов (в дБ):

– обдирочный станок            95-105;

– токарный станок                 93-96;

– строгальный станок           97;

– кузнечный цех                      98;

– штамповочный цех             112;

– клепальный цех                   117;

– реактивный двигатель       до 130 (болевой порог человека);

– ракетный двигатель            до 170.

Аэродинамические шумы являются главной составляющей шума вентиляторов, воздуходувок, компрессоров, газовых турбин, выпусков пара и воздуха в атмосферу, двигателей внутреннего сгорания и др. В двигателе внутреннего сгорания основным источником шума является шум систем выпуска и впуска. Аэродинамический шум в источнике может быть снижен увеличением зазора между лопаточными венцами, подбором соотношения чисел направляющих и рабочих лопаток; улучшением аэродинамических характеристик приточной части компрессоров, турбин и т. п. Часто меры по ослаблению аэродинамических шумов в источнике оказываются недостаточными, поэтому применяется звукоизоляция источников и установка глушителей.

Гидродинамические шумы возникают вследствие:

– стационарных;

– нестационарных процессов в жидкостях (кавитация, турбулентность потока, гидравлический удар).

Меры борьбы:

– улучшение гидродинамических характеристик насосов;

– выбор оптимальных режимов работы;

– при гидроударах – правильное проектирование и эксплуатация гидросистемы.

Электромагнитные шумы возникают в электромашинах и оборудовании. Причины – взаимодействие ферромагнитных масс под влиянием переменных магнитных полей.

Меры защиты:

– конструктивные изменения в электромашинах, например, изготовление скошенных пазов якоря ротора;

– в трансформаторах – более плотная прессовка пакетов, использование демпфирующих материалов.

Интенсивный шум, вызванный вибрацией, можно уменьшить покрытием вибрирующей поверхности материалом с большим внутренним трением (резина, асбест, битум), при этом часть звуковой энергии поглощается. Процесс поглощения звука происходит за счет перехода энергии колеблющихся частиц воздуха в теплоту вследствие потерь на трение в порах материала. Наиболее часто в качестве звукопоглощающей облицовки применяется конструкция в виде слоя однородного пористого материала определенной толщины, укрепленного непосредственно на поверхности ограждения либо отнесенного от него на некоторое расстояние (рис. 5.3.).

Рис. 5.3. Звукопоглощающая облицовка

1 – стена (потолок); 2 – звукопоглощающий материал; 3 – защитная оболочка;
4 – защитный перфорированный слой; 5 – воздушный промежуток

Если стены помещения выполнены прозрачно или площадь свободной поверхности недостаточна для установления плоской звукопоглощающей облицовки, для уменьшения шума применяют объемные штучные звукопоглотители (рис. 5.4.). Это объемные тела, заполненные звукопоглощающим материалом и подвешенные к потолку равномерно по помещению на определенной высоте.

Рис. 5.4. Объемные штучные звукопоглотители

В настоящее время применяются звукопоглощающие материалы:

– ультратонкое волокно;

– стекловолокно;

– капроновое волокно;

– минеральная вата;

– древесно-волоконные плиты;

– пористый поливинилхлорид.

Звукоизоляция – это метод снижения шума путем создания конструкций, препятствующих распространению шума из одного в другое изолированное помещение.

Звукоизолирующие конструкции изготавливают из плотных твердых материалов (металл, дерево, пластмасса), хорошо препятствующих распространению шума. Звукоизоляция однородной перегородки R, дБ может быть определена по формуле:

где     m – масса 1 м2 перегородки, кг;

          f – частота, Гц.

Шумные агрегаты можно изолировать с помощью звукоизолирующих кожухов, которые следует устанавливать без жестких связей с оборудованием. Для увеличения эффективности звукоизоляции внутреннюю поверхность кожухов облицовывают звукопоглащающими материалами (рис. 5.5.).

Рис. 5.5. Звукоизоляция кожухом

1 – источник шума; 2 – звукопоглощающий материал; 3 – глушитель шума

Эффективность (звукоизоляция) кожухов определяется по формуле:

                                                    (5.4)

где     a – коэффициент звукопоглощающей облицовки;

          R – звукоизоляция однородной перегородки, дБ.

Звукоизолирующие перегородки и звукопоглощающие кабины эффективно снижают только воздушный шум, но в производстве часто встречается и структурный шум (при работе вентиляторов, компрессоров, кузнечных молотов, насосов и др.). Вибрация этих машин в виде упругих волн распространяется от фундаментов по конструкции здания во все помещения, где и проявляется в виде шума. Ослабление такого шума достигается виброизоляцией и вибропоглощением.

Виброизоляция устраняет жесткие связи между неуравновешенными машинами и конструкцией здания за счет применения упругих прокладок (пружин, резины) (рис. 5.6.).

Рис. 5.6. Виброизоляция

1 – фундамент; 2 – амортизаторы; 3 – электродвигатель; 4 – насос,

компрессор; 5 – вентиль; 6 – упругая прокладка; 7 - кронштейн

Снижение вибрации, распространяющейся по трубопроводам вентиляции, достигается устройством разрывов в отдельных участках трубопроводов с установкой в эти участки мягких вставок из брезента (резины).

Для защиты работающих от прямого воздействия шума используют экраны, установленные между источником шума и рабочим местом (рис. 5.7.).

Рис. 5.7. Экранирование рабочего места

1 – экран; 2 – звукопоглощающая облицовка; 3 – оборудование; 4 – рабочее место

Акустический эффект экрана основан на образовании за ним области тени, куда звуковые волны проникают лишь частично. Для уменьшения шума аэродинамических установок и устройств применяют в основном глушители шума. Они разделяются на:

– активные;

– реактивные;

– комбинированные.

Активные – поглощают шум, реактивные – отражают энергию обратно к источнику. Экранные глушители устанавливаются на выходе из канала в атмосферу или на входе в канал (рис. 5.8.).

а)                      б)                      в)

г)                         д)                          е)

Рис. 5.8. Разновидности экранных глушителей

 - звукопоглощающий материал;

 - металлический лист

На высоких частотах эффект их установления достигает 10-25 дБ. Большое значение имеют расстояние от экрана до канала и диаметр экрана; чем ближе расположен экран и чем больше его диаметр, тем эффективнее его установка. Снижение производственного шума может быть достигнуто рациональной планировкой цехов и предприятий. При планировке предприятия наиболее шумные цеха должны быть сконцентрированы в одном-двух местах. Между шумными цехами и тихими помещениями (заводоуправление, конструкторское бюро) должны быть размещены зеленые насаждения и соблюдаться необходимое расстояние. Внутри здания тихие помещения необходимо размещать вдали от шумных, чтобы их разделяло несколько других помещений или ограждений с хорошей изоляцией.

Общие технические решения не всегда позволяют снизить шум и вибрацию до допустимых величин. В этих случаях применяют индивидуальные защитные средства. К ним относят:

– вкладыши;

– наушники;

– шлемы.

Вкладыши в виде мягких тампонов из ультратонкого волокна, иногда пропитанных воском и парафином, жесткие вкладыши (эбонитовые, резиновые) вставляют в слуховой аппарат и снижают шум на 5-20 дБ. Широкое применение нашли «Беруши».

В промышленности широко применяют наушники ВЦНИИОТ, снижающие уровень звукового давления от 7 до 38 дБ. При воздействии шумов с высокими уровнями (>120 дБ) вкладыши и наушники не обеспечат необходимой защиты, так как шум действует непосредственно на мозг человека. В этих случаях применяют шлемы.

К средствам индивидуальной защиты рук от воздействия вибрации относятся:

– виброзащитные рукавицы или перчатки;

– прокладки или пластины, снабженные креплениями для рук.

Также необходимо соблюдение рационального режима труда и выполнение гигиенических мероприятий: 10 минутный перерыв после 1 часа работы, гигиенические ванны для кистей рук, душ после работы, ультрафиолетовое облучение.