Промислова екологія - Апостолюк C.O. - 7.1.2. Загальні поняття про вібрацію та її параметри

Стандарт ДСТУ 2300-93 розглядає вібрацію як сукупність механічних коливань пружних твердих тіл, що характеризуються періодичністю зміни своїх параметрів.

Основними параметрами вібрації є: частота, амплітуда (вібропереміщення), віброшвидкість, віброприскорення, рівень віброшвидкості та рівень віброприскорення.

Вібрацію або коливання в інженерній практиці поділяють на три види: власні коливання, вимушені коливання та автоколивання.

Власні коливання — це коливання твердих тіл, що виникають у результаті дії сил пружності. Математичною моделлю власних коливань з урахуванням сил тертя є вираз

де т — маса коливного тіла, кг; х — вібропереміщення, мм; г — коефіцієнт тертя; с — жорсткість коливного тіла, кг/мм.

Вимушені коливання виникають у результаті дії зовнішніх (вимушених) сил.

Математична модель вимушених коливань має вигляд

де Р — вимушена сила, кг.

Автоколивання виникають в результаті дії сил тертя.

Амплітуда коливань — максимальне зміщення коливного тіла (системи) від нейтральної осі.

В елементарному вигляді амплітуду вимушених коливань можна виразити рівнянням

де ^ — вимушена сила, кг; /м — частота власних коливань, Гц; {ом — частота вимушених коливань (одиницями вимірювання амплітуди можуть бути мікрон, міліметр, сантиметр і метр).

Резонанс у коливній системі виникає за умови [вЛ = (ам, у результаті чого амплітуда стає максимальною Атах.

Віброшвидкість і віброприскорення коливної системи під дією вимушених сил визначають за формулами

де V і о/ — відповідно віброшвидкість та віброприскорення.

Важливими параметрами вібрації є рівні віброшвидкості та віброприскорення.

Рівень віброшвидкості визначають за формулою

де V — фактична віброшвидкість, мм/с; и — порогове значення віброшвидкості, м/с: і> = 5 х 10~8 мм/с.

Рівень віброприскорення визначають за формулою

де ^ — фактичне віброприскорення, мм/с2; до — порогове значення віброприскорення, мм/с2: да - 3 х 10~4 мм/с2.

За способом передачі на тіло людини вібрацію поділяють на загальну, яка передається через опорні поверхні тіла людини, та локальну (місцеву), яка передається через руки людини.

Загальна вібрація за джерелом її виникнення поділяється на: - транспортну, що виникає внаслідок руху транспортних засобів на дорогах;

— транспортно-технологічну, що виникає під час роботи машин, які виконують технологічні операції в стаціонарному положенні або під час переміщення на спеціально підготованих частинах виробничих приміщень або майданчиках (наприклад, під час роботи баштових, консольно-козлових кранів тощо);

— технологічну, що передається на робочі місця, які не мають джерел вібрації.

7.1.3. Вплив шуму та вібрації на людину й навколишнє природне середовище

Статистика [31] засвідчує, що протягом останнього десятиріччя шум і вібрація в промисловості зросли більше ніж у 2 рази. З підвищенням рівнів шуму і вібрації захворюваність мешканців міст збільшилась в 3 рази.

Ученими [2,4,8,14,15,33] встановлено, що шкідлива дія шуму на організм людини й навколишнє природне середовище відчутніша при зростанні частоти звуку. Доведено, що перевищення допустимої норми рівня шуму (80 дБ) на 1 дБ призводить до зростання професійних захворювань на 20—30 % та зниження продуктивності праці на 1 %.

Австрійський дослідник Гриффіт [33] зробив висновок, що підвищений рівень шуму є причиною старіння організму людини і скорочення тривалості її життя на 8—12 років. Мешканці шумного району Парижа — Орлі, де знаходиться великий аеропорт Франції, вживають у 7 разів більше ліків, ніж ті, які проживають у тихих районах французької столиці. Мешканці шумних районів великого міста, працівники шумних технологічних процесів переважно страждають на ішемічні хвороби серця, розлади центральної нервової системи, гіпертонію, втрату слуху, виникнення злоякісних пухлин, погіршення пам'яті тощо.

За твердженнями фахівців Українського гігієнічного центру при МОЗ України, близько 40 % загальної площі середньостатистичного міста (з населенням 750 тис. мешканців) непридатні для забезпечення належного рівня проживання через надмірне акустичне забруднення. У містах з мільйонним населенням мешканці будинків, що знаходяться близько до магістральних вулиць, зазнають значного шумового навантаження, яке у деяких випадках сягає 83—90 дБА, причому у 55—86 % джерелом підвищеного шуму є автотранспорт. А гранично допустимий рівень шуму на територіях, що прилягають до житлових будинків, протягом доби має становити 70 дБА від 7-ї до 23 ї години, і 60 дБА — від 23-ї до 7-ї години.

Не менш шкідливою для людини є вібрація, яка спричиняє розлад центральної нервової системи, вібраційну хворобу, вібраційний поліартрит нижніх і верхніх кінцівок людини, тріщини в кістках, випадіння волосся.

Під дією вібрації виникають функціональні зміни в організмі людини-оператора: погіршення зору; порушення вестибулярного апарату; галюцинації; швидка втомлюваність. Негативні відчуття внаслідок вібрації виникають при віброприскореннях, що становлять 5 % віброприскорення від сили маси людини, тобто 0,5 м/с2. Особливо шкідлива вібрація з частотами, близькими до частот власних коливань тіла людини, більшість з яких знаходиться у межах 6—30 Гц. Резонансні частоти окремих частин тіла [2] знаходяться у межах, Гц: очі — 22—27; горло — 6—12; грудна клітка — 2—12; ноги й руки — 2—8; голова — 8—27; обличчя та щелепи — 4—27; поперекова частина хребта — 4—14; живіт — 4—12.

Багато вчених [6,13,14,25,33] встановили, що шум і вібрація шкідливо діють не тільки на людину, але й на рослинний і тваринний світ. Виявлено, що шум сповільнює ріст рослин, у них спостерігається надмірне (навіть повне, що призводить до загибелі) виділення вологи через листя, можливе порушення структури клітин. Гине листя і квіти рослин, що ростуть біля джерела шуму. В клітинах рослини відбуваються метаболічні зміни морфологічних ознак або навіть генні мутації. Ці явища спричиняють негативний вплив на еволюцію рослин на сучасному етапі розвитку, оскільки виживають переважно мутанти з різними відхиленнями від нормального розвитку (кривий стовбур, змінена форма листків тощо). Внаслідок таких мутацій, особливо в містах, підвищується кількість дерев мутагенної структури. Під дією надмірного шуму врожайність рослин зернової групи, особливо в природних смугах, зменшується у 2—3 рази [1].

Аналогічно впливає шум і на тварин. Тваринний організм, як і людський, унаслідок дії шуму зазнає значних розладів: нервових, серцево-судинних, погіршення слуху. До дії шуму тварина звикає ще повільніше, ніж людина. Шум особливо впливає на диких тварин, змушуючи їх залишати шумні лісові масиви з достатньою кількістю харчів, і переселятись у малошумні території, де їх обмаль.

Від шуму реактивного літака личинки бджіл втрачають орієнтацію, а у пташиних гніздах виникають тріщини в шкарлупі яєць. Від шуму знижуються надої корів, приріст ваги у тварин, несучість курей. Шкідливо впливає шум на риб, особливо в період нересту. Окрім того, шум є небезпечним для тварин, які збираються вивести приплід, та для майбутніх нащадків. Так, бджолина матка під дією шумів значної інтенсивності може загинути.

Тваринний організм має більш розвинуті органи чуття, верхня абсолютна межа чутливості його слухового аналізатора знаходиться нижче від верхньої межі аналізатора людини, тобто больовий поріг у багатьох тварин досягається раніше, ніж у людини. Тому сильний шум такі тварини, як коти, собаки, а також деякі види птахів сприймають як больові сигнали.

Із наведеного можна зробити висновок, що тиша сьогодні потрібна не тільки людині, але всьому природному середовищу. Один із російських учених-медиків Н. Бурчасов зазначав: "Якщо раніше ми говорили, що чистота — це запорука здоров'я, то тепер стала не менш важлива істина: тиша — це запорука здоров'я". Справді, сьогодні на всій планеті тиша стала рідкістю.

Сильний шум нині справедливо називають "невидимою отрутою". Боротися з шумом і вібрацією нині значить продовжити життя на Землі.