Ультразвук и инфразвук, их действие на организм человека и гигиеническое нормирование

Ультразвук представляет собой механические колебания упру­гой среды, имеющие одинаковую со звуком физическую приро­ду, но отличающиеся более высокой частотой, превышающей принятую верхнюю границу слышимости — свыше 20 кГц, хо­тя при больших интенсивностях (120...145 дБ) слышимыми мо­гут быть и звуки более высокой частоты.

Ультразвук, как и звук, характеризуется ультразвуковым давлением (Па), интенсивностью (Вт/м²) и частотой колебаний (Гц).

При распространении в различных средах ультразвуковые волны поглощаются, причем тем больше, чем выше их часто­та. Низкочастотный ультразвук довольно хорошо распростра­няется в воздухе, а высокочастотный — практически не распро­страняется. В упругих средах (воде, металле и др.) ультразвук мало поглощается и способен распространяться на большие расстояния, практически не теряя энергии. Поглощение ультра­звука сопровождается нагреванием среды.

Специфической особенностью ультразвука, обусловленное большой частотой и малой длиной волны, является возмож­ность распространения ультразвуковых колебаний напра­вленными пучками, получившими название ультразвуковых лучей. Они создают на относительно небольшой площади очень большое ультразвуковое давление. Это свойство ультразвука обусловило широкое его применение: для очистки деталей, ме­ханической обработки твердых материалов, сварки, пайки,
ускорения химических реакций, дефектоскопии, проверки раз­меров выпускаемых изделий, структурного анализа веществ, гидролокации и др. Нашел применение ультразвук и в медици­не для лечения заболеваний позвоночника, суставов, перифери­ческой нервной системы и т. п.

При длительной работе с низкочастотными ультразвуковыми установками, генерирующими шум и ультразвук, превышающие установленные ПДУ, могут произойти функциональные изменения центральной и периферической нервной
системы, сердечно-сосудистой системы, слухового и вестибу­лярного аппарата и т. п. По сравнению с высокочастотным шумом ультразвук значительно слабее влияет на слуховую функцию, но вызывает более выраженные отклонения от
нормы вестибулярной функции, болевой чувствительности и терморегуляции. То, что ультразвук воздействует на разные органы и системы человека не только через слуховой аппарат, подтверждается неблагоприятным его действием на глухо­немых.

Характеристикой ультразвука, создаваемого колебаниями воздушной среды в рабочей зоне, являются уровни звукового давления (дБ). Допустимые уровни звукового давления на ра­бочих местах нормируют­ся в - октавных полосах частот и не должны превышать сле­дующих значений:

Характеристикой ультразвука, передаваемого контактным путем, является пиковое значение виброскорости в частотном диапазоне от 1·10⁵ до 1·10⁹ Гц или его логарифмические уров­ни (дБ), определяемые по выражению

где V - пиковое значение виброскорости, м/с; V₀ – опорное значение виброскорости, равное 5·10^-6 м/с.

Допустимые уровни ультразвука в золах контакта рук и других частей тела оператора с рабочими органами приборов и установок не должны превышать 110 дБ.

Контроль уровней звукового давления нужно производить после установки оборудования, его ремонта и периодически в процессе эксплуатации не реже одного раза в год.

Для коллективной защиты от воздействия повышенных уров­ней ультразвука можно использовать следующие направления: уменьшение вредного излучения ультразвуковой энергии в ис­точнике ее возникновения; локализацию действия ультразвука конструктивными и планировочными решениями; проведение организационно-профилактических мероприятий.

Для уменьшения вредного излучения звуковой энергии в ис­точнике рекомендуется повышать рабочие частоты источников ультразвука, что обеспечивает уменьшение интенсивности ультразвука, а также исключать паразитные излучения звуковой энергии.

Для локализации ультразвука обязательным является приме­нение звукоизолирующих кожухов, полукожухов, экранов. Если эти меры не дают положительного эффекта, то ультразвуковые установки нужно размещать в отдельных помещениях и каби­нах, облицованных звукопоглощающими материалами.

Конструктивно-планировочные решения требуют примене­ния дистанционного управления и системы блокировки, отклю­чающей генератор источника ультразвука при нарушении звуко­изоляции.

Контактное воздействие ультразвука исключается автомати­зацией производственных процессов и применением дистанци­онного управления. При особой необходимости используют специальный инструмент с виброизолирующей рукояткой и защитные перчатки.

Организационно-профилактические мероприятия заключа­ются в проведении инструктажа работающих и установлении рациональных режимов труда и отдыха.

Инфразвук представляет собой механические колебания упру­гой среды, имеющие одинаковую с шумом физическую приро­ду, но распространяющиеся с частотами менее 20 Гц. В возду­хе инфразвук мало поглощается и поэтому способен распро­страняться на большие расстояния. Инфразвук характеризуется инфразвуковым давлением (Па), интенсивностью (Вт/м²), ча­стотой колебаний (Гц). Уровни интенсивности инфразвука и инфразвукового давления выражаются в децибелах (дБ).

Многие явления природы (землетрясения, извержения вул­канов, морские бури) сопровождаются излучением инфразвуковых колебаний. В производственных условиях инфразвук образуется, главным образом, при работе тихоходных крупно­габаритных машин и механизмов (компрессоров, дизельных двигателей, электровозов, вентиляторов, турбин, реактивных двигателей и др.), совершающих вращательное или возвратно-поступательное движение с повторением цикла менее чем 20 раз в секунду (инфразвук механического происхождения). Ин­фразвук аэродинамического происхождения возникает при тур­булентных процессах в потоках газов или жидкостей.

Инфразвук оказывает неблагоприятное воздействие на весь организм человека, в том числе и на орган слуха, понижая слу­ховую чувствительность на всех частотах. Инфразвуковые ко­лебания воспринимаются как физическая нагрузка: возникают утомление, головная боль, головокружения, вестибулярные на­рушения, снижается острота зрения и слуха, нарушается пери­ферическое кровообращение, появляется чувство страха и т. п. Тяжесть воздействия зависит от диапазона частот, уровня зву­кового давления и длительности.

Низкочастотные колебания с уровнем инфразвукового давле­ния свыше 150 дБ совершенно не переносятся человеком.

Особенно неблагоприятные последствия вызывают инфразвуковые колебания с частотой 2...15 Гц в связи с возникнове­нием резонансных явлений в организме человека, причем на­иболее опасна частота 7 Гц, так как возможно его совпадение с альфа-ритмом биотоков мозга.

В соответствии с СН 22-74 — 80 уровни инфразвукового да­вления в октавных полосах со среднегеометрическими частота­ми 2, 4, 8 и 16 Гц не должны превышать 105 дБ, а в полосе с частотой 32 Гц—102 дБ.

Борьба с неблагоприятным воздействием инфразвука дол­жна вестись в тех же направлениях, что и борьба с шумом. На­иболее целесообразно уменьшать интенсивность инфразвуковых колебаний на стадии проектирования машин или агрега­тов.

5.6.4 Вибрация, её действие на организм человека и гигиеническое нормирование

В последние десятилетия в связи с внедрением вибрационной техники в различные отрасли народного хозяйства значительно увеличился контингент работников, подвергающихся в процес­се труда воздействию вибрации.

Вибрация — это сложный колебательный процесс, возникаю­щий при периодическом смещении центра тяжести какого-либо тела от положения равновесия, а также при периодическом из-

Анализ производственной вибрации представляет большие трудности, так как колебания машин и другого оборудования не являются простыми гармоническими колебаниями; им свой­ственна апериодичность или квазипериодичность, часто они но­сят импульсный или толчкообразный характер.

Основными параметрами, характеризующими вибрацию, действующую по синусоидальному закону, являются: амплитуда смещения — наибольшее отклонение колеблющейся точки от положения равновесия А,м; колебательная скорость — макси­мальное из значении скорости колеблющейся точки V, м/с; ко­лебательное ускорение — максимальное из значений ускорений колеблющейся точки Q,м/с²; частота f, Гц.

При частоте больше 16...20 Гц вибрация сопровождается шумом.

Человек начинает ощущать вибрацию при колебательной скорости примерно равной 1·10^-4 м/с, а при скорости 1 м/с возникают болевые ощущения.

В зависимости от способа передачи вибрации телу человека различают локальную (местную) вибрацию, передающуюся че­рез руки человека, и общую, передающуюся на тело сидящего или стоящего человека через опорные поверхности тела. В ре­альных условиях часто имеет место сочетание этих вибраций.

Влияние вибрации на человека зависит и от направления ее действия. Поэтому вибрация подразделяется на действующую вдоль осей ортогональной системы координат X, Y, Z (для об­щей вибрации), где Z — вертикальная ось, а X и Y — горизон­тальные оси (рис. 18, а, б); действующую вдоль осей ортого­нальной системы координат Х_р, Y_Р, Z_p (для локальной вибрации), где ось Х_р совпадает с осью мест охвата источника вибрации, а ось Z_p лежит в плоскости, образованной осью Х_р и направлением подачи или приложения силы, или осью пред­плечья (рис. 19, а, б).

Общая вибрация в зависимости от источника ее возникнове­ния может быть трех категорий:

1 — транспортная вибрация, воздействующая на операторов (водителей) подвижных машин и транспортных средств при их движении по местности, агрофонам и дорогам (в том числе при их строительстве);

2 — транспортно-технологическая вибрация, воздействую­щая на операторов машин с ограниченным перемещением только по специально подготовленным поверхностям про­изводственных помещений, промышленных площадок и горных выработок (экскаваторов, грузоподъемных кранов, горных машин, путевых машин, бетоноукладчиков и др.);

3 — технологическая вибрация, воздействующая на операто­ров стационарных машин или передающаяся на рабочие места, не имеющие источников вибрации (станки, электрические ма­шины, насосы, вентиляторы, буровые установки и т. п.). В зависимости от характеристики рабочих мест эта категория ­ под­разделяется на группы

3а, 3б, 3в, 3г. Степень и характер воздействия вибрации на организм человека зависят от вида вибрации, её параметров и направления воздействия.

Рис. 18. Направление ко­ординатных осей при действии общей вибра­ции:

а — положение стоя, б — по­ложение сидя; ось Z — вер­тикальная, перпендикулярная опорной поверхности; ось X — горизонтальная от спи­ны к груди; ось Y - гори­зонтальная от правого плеча к левому

Рис.19. Направление координатных осей при действии локальной вибрации:

а - при охвате цилиндрических (и торцовых) поверхностей; б – при охвате сферических поверхностей

Тело человека можно рассматривать как сочета­ние масс с упругими элементами. Весьма опасными являются колебания рабочих мест, имеющие частоту, резонансную с ко­лебаниями отдельных органов или частей тела человека. Для большинства внутренних органов собственные частоты лежат в области 6...9 Гц. Для стоящего на вибрирующей поверхно­сти человека имеется два резонансных пика на частотах 5... 12 и 17...25 Гц, для сидящего — на частотах 4...6 Гц.

В определенных условиях вибрация оказывает благоприят­ное действие на организм человека и применяется в медицине для улучшения функционального состояния нервной системы, ускорения заживления ран, улучшения кровообращения, лече­ния радикулитов и т. п. Однако в производственных условиях длительное воздействие вибрации приводит к различным нару­шениям здоровья человека и в конечном счете — к «вибрацион­ной болезни».

Наиболее распространены заболевания, вызванные ло­кальной вибрацией. При работе с ручными машинами, вибра­ция которых наиболее интенсивна в высокочастотной области спектра (выше 125 Гц), возникают в основном сосудистые рас­стройства, сопровождающиеся спазмом периферических сосу­дов. Локальная вибрация, имеющая широкий частотный спектр, часто с наличием ударов (клепка, срубка, бурение), вы­зывает различную степень сосудистых, нервно-мышечных, костно-суставных и других нарушений.

Общая вибрация оказывает неблагоприятное воздействие на нервную систему, наступают изменения в сердечно-сосудистой системе, вестибулярном аппарате, нарушается обмен веществ. При совместном воздействии общей и местной вибрации (у во­дителей тяжелых машин, экскаваторщиков, бульдозеристов и др.) к поражению нервной системы присоединяются вегетативно-сосудистые, вестибулярные и другие расстройства.

Таким образом, вибрационная болезнь связана в основном с нарушением деятельности различных отделов нервной си­стемы. Способствуют возникновению заболевания такие сопут­ствующие факторы, как охлаждение, большие статические мы­шечные усилия, пониженное атмосферное давление, производ­ственный шум.

Стандарт рекомендует гигиеническую оценку вибрации, воздей­ствующей на человека в производственных условиях, произво­дить одним из следующих методов:

частотным (спектральным) анализом нормируемого пара­метра;

интегральной оценкой по частоте нормируемого параметра;

дозой вибрации.

В зависимости от принятого метода оценки стандарт регла­ментирует разные параметры вибрации.

При частотном (спектральном) анализе нормируемыми па­раметрами являются средние квадратичные значения виброско­рости V (и их логарифмические уровни L_v) или виброускорения а для локальной вибрации в октавных полосах частот, а для общей вибрации в октавных или ¹/₃ полосах час­тот.

Логарифмические уровни виброскорости L_v (дБ) опреде­ляются по выражению

где v — среднее квадратичное значение виброскорости, м/с.

При использовании метода интегральной оценки вибрации
по частоте нормируемым параметром является корректирован­ное значение контролируемого параметра Ũ (виброскорости или виброускорения), измеряемое с помощью специальных фильтров или вычисляемое по формулам.

Вибрацию, воздействующую на человека, нормируют отдельно для каждого установленного направления, учитывая, кроме того, при общей вибрации — ее категорию, а при ло­кальной — время фактического воздействия.