Влияние шумового воздействия на операторов цеха по переработке зерна

Введение. Проблема шумового фактора в цехе по переработке зерна является одной из наиболее распространённых, с которой сталкивается персонал зерноперерабатывающих цехов. Шум, создаваемый машинами и технологическим оборудованием, негативно влияет на здоровье персонала, который непосредственно связан с переработкой зерна в цехе. Поэтому изучение шумового загрязнения в агропромышленном комплексе является актуальной задачей, так как, прежде всего, речь идет о здоровье человека, потому что шум, мешая сконцентрироваться, может способствовать несчастным случаям на производстве. [1–3]. Сельскохозяйственное предприятие – это сложная биологическая система, которая включает такие элементы, как человек, техника, производственная среда, способность каждого элемента функционировать, и зависит от множества факторов [3, 4]. Персонал, в нашем случае, цеха по переработке зерна, тесно взаимодействует с оборудованием и агрегатами, состоящими из двух и более объектов, которые создают шум трением поверхностей, вибрацией и т.д., поэтому персонал находится в условиях повышенного шума, а это может привести к травмам на производстве и профессиональным заболеваниям. Профессиональные заболевания, такие как головокружение, головные боли, повышенное артериальное давление, боли в области сердца и другие, являются последствиями трудового процесса и результатом воздействия опасных производственных факторов, одним из которых является производственный шум [5–9].

Анализ исследования шумового фактора является неотъемлемой частью управления безопасностью труда в сельском хозяй- стве и позволяет выявить и оценить потенциальные риски, связанные с шумовым воздействием, а также разработать эффективные меры по его снижению [6, 7, 9].

Классификация шумовых факторов, воздействующих на оператора, приведена на рисунке 1.

Классификация шумовых факторов, воздействующих на человека Classification of noise factors affecting humans

Рисунок 1 – Классификация шумовых факторов, которые воздействуют на оператора Figure 1 – Classification of noise factors affecting an operator

Целью исследования является анализ источников шума в цехе по переработке зерна и предложения методов защиты персонала от шумового воздействия с использованием звукопоглощающего материала.

Поэтому изучение шумового загрязнения на рабочих местах агропромышленного комплекса и обуславливает актуальность темы и задачи исследования:

– провести анализ источников шума на примере цеха переработки зерна;

– определить уровни шума зерноперерабатывающего цеха;

– предложить средства защиты.

Интенсивный шум, воздействующий на персонал зерноперерабатывающих цехов длительное время, способствует снижению иммунитета и развитию профессионального заболевания, такого как шумовая болезнь [9–12].

Шумовая болезнь возникает в результате длительного воздействие интенсивного шума в течение продолжительного времени. Симптомы могут включать ухудшение слуха, шум в ушах, сонливость, нарушение внимания и концентрации, что может привести к травмам на производстве, а также к более серьезным последствиям.

На рисунке 2 приведен график зависимости уровня звукового давления от слухового диапазона.

Уровень звукового давления, дБ Sound pressure level, dB

Недостаточно измеримые Barely measurable

Порог болевого ощущения I        Pain threshold

Порог щекотания Tickling threshold

Порог дискомфорта

Threshold of discomfort

Неслышимые Inaudible

Порог хорошей слышимости Good hearing threshold

315 в четырех актавах 315 In four octaves

Неслышимые Inaudible

Диапазон слышимых тонов Range of audible tones

Основной речевой диапазон Basic speech range

16,1 31,3 62,5 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000 32000

Частота, Гц Frequency Hz

Рисунок 2 – Диапазон слышимости (по Беллу) Figure 2 – Hearing range (by Bell)

Нервный аппарат внутреннего уха по-разному реагирует на звуковые частоты, поэтому интенсивность звука определяет не-громкость и степень его восприятия человеческим ухом. Это означает, что звуки низкой интенсивности и высокой частоты воспринимаются одинаково со звуками высокой интенсивности и низкой частоты. Установлено, что высокочастотные звуки более вредны, чем низкочастотные [12, 14, 15].

Материалы и методы исследования. Шумовая нагрузка, например, в цехе переработки зерна, определяется с помощью акустического расчета с точностью до десятых долей дБ. Для измерения уровней шума используется цифровое оборудование – такое как шумомер-виброметр ОКТАВА-101АМ, предназначенное для измерения звука, а также инфразвука, локальной вибрации и др. Для сохранения точности измерений и надежности результатов необходимо проводить поверку прибора в специализированных лабораториях на соответствие требованиям стандартов, таких как IEC 61672-1, IEC 61252 и др. (ГОСТ ISO 96122016. Акустика. Измерения шума для оценки его воздействия на человека. Метод измерений на рабочих местах).

Для расчета выявляются источники и определяются характеристики шума. Далее выбираются расчетные точки, которые определяются с учетом особенностей помещения. Затем определяются акустические характеристики помещения, которые включают такие параметры, как объем и форма помещения, наличие отражающих поверхностей и другие факторы, влияющие на распространение звука. Использовав эти данные, можно определить ожидаемые уровни звукового шума в расчетных точках. Потом следует определить в соответствии с допустимыми нормами уровни шума в расчетных точках ( L доп ) с учетом всех необходимых поправок и определить требуемое снижение уровней шума в расчетных точках. Выполнив акустический расчет, приступаем к выбору типа и размера звукопоглощающих и звукоизолирующих материалов. [4, 9, 12].

Результаты исследования и их обсуждение. Данными для расчета шумового воздействия на операторов цеха по переработке зерна служат план помещения, в котором расположены все источники шума, и расчетные точки. Также необходимы сведения о характеристиках, ограждающих конструкции помещения и шумовые характеристики технологического оборудования, гео- метрические размеры самого источника шума. Основным источником шума является технологическое оборудование, которому необходимо проводить регулярное техническое облуживание и ремонт для минимизации шума, а также использовать специальные защитные кожухи. Персоналу, непосредственно занятому в цехе, требуется предоставлять средства индивидуальной защиты [9, 12].

На рисунке 4 схематично представлено шумовое воздействие на оператора.

Расчетные точки в цехе по переработке зерна и источники шумового воздействия расположены в зонах постоянного пребывания людей на высоте 1,5 м от пола и распространения прямого звука, который передается от технологического оборудования внутри помещения. (ГОСТ ISO 9612-2016. Акустика. Измерения шума для оценки его воздействия на человека. Метод измерений на рабочих местах).

1 - мельница ( r 1 = 3 ); 2 - нория ( r₂ =4) ; 3 - машина для зашивания мешков ( r₃ =4 ); 4 - кабина управления

Рисунок 3 – Расположение расчетной точки и источников шумового воздействия 1 - mill ( r 1 = 3 ); 2 - bucket chain ( r₂ =4) ; 3 - sack stitching machine ( r₃ =4 ); 4 - operator’s cab

Figure 3 – Location of the considering point and sources of noise effect

Исходя из нормативных документов октавные уровни звукового давления L в дБ в расчетных точках помещений в зоне прямого звука определяли по формуле

L=L p +10 L g X^ф/S, где L p – октавный уровень звуковой мощности источника шума, дБ;

X – коэффициент, который учитывает влияние ближнего акустического поля и принимается в зависимости от отношения расстояния r min /L max , м;

r min – расстояние между центром источника шума и расчетной точкой, м;

L max – максимальные габаритные размеры, м;

Ф – фактор направленности источника шума, безразмерный, определяемый по опытным данным. Для источника шума с равномерным излучением звука Ф =1 ;

S – площадь воображаемой поверхности правильной геометрической формы, окружающей источник и проходящей через расчетную точку, м².

Непрекращающийся шум в цехе переработки зерна определялся по формуле

L=201gP/P0, где P - среднеквадратичная величина давления, Па;

Р о - исходное значение звукового давления в воздухе, равное 2x10 -5 Па.

Уровень воздушного шума в помещении L b , дБ, определяли по следующей формуле [3,11,16]:

^L b = ^L cум - ^ пр + ^L 3b ,       ⁽¹⁾

где L_cум - значения общего шума в размольном отделении (РО), создаваемого работающей мельницей (М) и другими машинами (Д) на расстоянии 0,5 м от ограждения центрального поста управления (ЦПУ), которые получены суммой уровней, дБ;

Д_пр - звукоизоляция неоднородной конструкции центра управления процессом от воздушного шума, дБ;

L_3B - звукопоглощение в ЦПУ, дБ.

Если машина установлена в изолированном кожухе, в этом случае уровень шума не учитывали, расчет уровня шума для каждой машины проводили на расстоянии 0,5 м от центрального поста управления по формуле

L = L p + 10lg( | ₊ 4 ) ,       (2)

где L_p - показатель звуковой мощности шума оборудования в октавном диапазоне частот (определяется по справочным данным), дБ;

S - площадь поверхности звукопоглощения, м²;

Q - акустическая постоянная помещения РО, м².

Площадь поверхности звукопоглощения S , м², определяли по формуле

S = 12г² + 2/ 2 + 8г/ ,      (3)

где г - расстояние от ближайшей точки до расчётной, м;

/ - габаритные размеры по длине машины, м.

Расчет акустической постоянной Q помещения РО производили по формуле

Q = ^с^ ,            (4)

1—«ср где «ср - средний коэффициент звукопоглощения ограждающих поверхностей помещения в РО;

S_n - общая площадь ограждающих поверхностей помещения РО, м².

Акустические характеристики цеха переработки зерна, в нашем случае это соразмерное помещение, включают различные показатели, которые и определяют эффективность звукопоглощения внутри цеха. Для оценки используют средний коэффициент звукопоглощения ограждающих поверхностей, который является важным показателем, характеризующим способность поверхностей поглощать звуковые волны, а также среднюю длину звукового пробега звуковых волн в цехе, являющуюся еще одним важным показателем, определяющим, насколько далеко звуковые волны могут распространяться внутри цеха. Чем больше средняя длина звукового пробега звуковых волн, тем более равномерное распределение звука в цехе, а чем выше средний коэффициент звукопоглощения, тем лучше звукопоглощение в цехе. Средний коэффициент звукопоглощения в размольном отделении определяли следующим образом [4]:

•^ к '^ к +^ пр С^ п —^ к ) « ср =-------------- ,       (5)

где S_K - общая площадь звукопоглощающих конструкций в РО, м²;

«_к - коэффициент звукопоглощения поглощающих конструкций;

«_пр - приведённый коэффициент звукопоглощения в РО без специальных звукопоглощающих конструкций;

S_n - общая площадь ограждений РО, м².

На рабочих местах для снижения уровня шума можно применять различные методы, одним из них является использование звукоизолирующих материалов в ограждающих конструкциях для помещения дистанционного управления. Технологическое оборудование также необходимо оборудовать вибро- и звукоизолирующими материалами (кожухи, акустические экраны, глушители шума и др.) [13, 14]. Для защиты операторов цеха от шума необходимо использование средств индивидуальной защиты -это могут быть наушники с активной шумоподавляющей защитой [6, 9,11,15].

Таблица 1 – Технические характеристики Table 1 – Technical characteristics

Марка мельницы Mill brand	Фермер 2 Farmer 2
Длина мельницы l 1 , м Mill length l 1 , m	2,4
Марка мешкозашивочной машины Brand of the sack stitching machine	МШЗМ
Длина мешкозашивочной машины l 2 , м Length of the sack stitching machine l 2 , m	0,8
Марка нории Brand of the bucket chain brand	НПК10
Длина нории l 3 , м Length of the bucket chain l 3 , m	0,5
Длина размольного отделения L, м Length of milling section L, m	19,7
Ширина размольного отделения B, м Width of the milling section B, m	9
Высота размольного отделения H, м Height of the milling section H, m	5
Полная площадь ограждений размольного отделения S п , м2 Total area of the milling section fence S a , m2	641,6
Площадь звукопоглощения размольного отделения S к , м2 Sound absorption area in the milling section S c , m2	320,8
Расстояние от поверхности мельницы до расчётной точки (0,5 м от ЦПУ) r г1 , м Distance from the milling surface to the calculated point (0,5 m from the Central control station)r г1 , m	3
Расстояние от поверхности нории до расчётной точки (0,5 м от ЦПУ) r д2 , м Distance from the surface of the bucket chain to the considering point (0,5 m from the Central control station) r d2 , m	4
Расстояние от поверхности мешкозашивочной машины до расчётной точки (0,5 м от ЦПУ) r д3 , м Distance from the surface of the sack sticthing machine to the considering point (0,5 m от ЦПУ) r d3 , m	4,5
Длина ЦПУ L ц , м Length of the Central control station L ц , m	2,63
Ширина ЦПУ В ц , м Width of the Central control station В ц , m	2,13
Высота ЦПУ H ц , м Height of the central control station height H ц , m	2,96
Полная площадь ограждений ЦПУ S пц , м2 Total area of the Central control station fence S пц , m2	52
Площадь стенок ЦПУ, граничащих с помещением машин S 1д , м2 Area of the Central control station walls bordering the machinery room S 1д , m2	15
Площадь остекления ЦПУ S ост , м2 Glazing area of the Central control area S gla , m2	3
Площадь стенок ЦПУ без остекления, граничащих с помещением машин S 1 , м2 Area of the Central control station walls without glazing bodering the machinery room S 1 , m2	12

Приведенные звукоизоляционные ха- щие свойства несущей конструкции стен и рактеристики центрального поста управле- остекления окон: ния определяли, учитывая звукоизолирую-

R „p = R i - 10lg(^1— +   ; ‘   (1 + lO⁰ '¹^ ' ^- "-") )) ,               (6)

где R 1 - звукоизоляция несущей конструкции (дБ) с наибольшей площадью S 1 ;

S_0CT - площадь остекления (м 2 ) со звукоизоляцией R_0CT (дБ).

Величина, учитывающая звукопоглощение в пункте управления, определяется следующим образом [2]:

L_3n = 10lg(S_np/ac^S o ₆) ,     (7)

где S_np - площадь стенок, разделяющих ЦПУ и РО, м²;

«_ср - средний коэффициент звукопоглощения в помещении ЦПУ;

S_o6 - общая площадь ограждений ЦПУ, м².

Измерения проводились в интервалах времени наименьшей работоспособности персонала в соответствии с общеизвестными графическими зависимостями измерения работоспособности за смену [15]. Таким образом, были выбраны часы измерения: в начале смены; через 4 часа; через 7 часов трудовой деятельности персонала.

Рассчитаем уровень производственного шума в ЦПУ. Исходные данные представлены в таблицах 2, 3.

Таблица 2 – Расчёт октавных уровней шума в цехе переработки зерна Table 2 – Calculation of octave noise levels in a grain processing workshop

Величина Value	Средние частоты октавных полос, Гц Average frequencies of octave bands, Hz
	63	125	250	500	1000		2000	4000	8000
L p (м)	96	100	105	107	111		109	105	98
L p (д)	102	106	108	110	108		106	99	92
Величина Value	Средние частоты октавных полос, Гц Average frequencies of octave bands, Hz
	63	125	250	500	1000		2000	4000	8000
Уровни шума в РО на расстоянии 0,5 м от ЦПУ Noise levels in the Milling section at a distance of 0,5 m from the Central control station
« к	0,2	0,43	0,6	0,9		0,87	0,8	0,86	0,95
« пр	0,2	0,43	0,6	0,9		0,87	0,8	0,86	0,95
« ср	0,2	0,43	0,6	0,9		0,87	0,8	0,86	0,95
Q, м2	160,4	484	962,4	5774		4294	2566	3941	12190
L сум. (1М+2Д)	90,55	91,32	92,46	92,85		93,27	91,58	86,2	79,08

Таблица 3 – Данные для построения спектра шума Table 3 – Data for constructing the noise spectrum

Нормативные показатели Standard indicators			Превышение шума, дБ Noise excess, dB
Частота, Гц Frequency, Hz	Lв, дБ	Норма шума, дБ Noise level, dB
63	99	95	4
125	92	87	5
250	86	82	4
500	83	78	5
1000	80	75	5
2000	78	73	5
4000	76	71	5
8000	74	69	5

Уровень шумового фактора в кабине ЦПУ без использования звукоизоляционного материала представлен на рисунке 4.

Анализируя построенный график (рисунок 4) можно отметить, что уровень шума в цехе по переработке зерна превышает контрольные значения в различных октавах более чем на 3 дБ. Для устранения этой проблемы предлагается использовать звукоизоляционный материал, например минеральную вату, для поглощения звука благодаря волокнистой структуре, и внести изменения в конструкцию кабины ЦПУ.

Lв, дБ норма шума, дБ m Lв,dB

Noise level, dB

Рисунок 4 – Уровень шумового фактора в кабине ЦПУ без использования звукоизоляционного материала (минеральная вата)

Figure 4 – Noise factor level in the Central control station room without using soundproofing material (mineral wool)

В таблице 4 представлены: исходные данные для расчета октавных уровней шума в кабине управления; результаты расчета средних частот октавных полос в размольном отделении на расстоянии 0,5 м от центрального поста управления; приведены звукоизоляционные характеристики центрального поста управления, учитывающие звукоизолирующие свойства несущей конструкции стен и остекления окон; результаты расчета величины, учитывающей звукопоглощение в пункте управления; уровни воздушного шума в центральном посту управления и данные для построения спектра шума с учетом шумоизоляции.

Анализируя сводную таблицу 4 по расчёту октавных уровней шума в кабине управления, можно заключить, что шумо-изоляция минеральной ватой центрального поста управления необходима, так как уровни шума в цехе по переработке зерна снизятся в различных октавах на 4 и 5 дБ.

Уровень шумового фактора в кабине ЦПУ с использованием звукоизоляционного материала представлен на рисунке 5.

Таблица 4 – Расчёт октавных уровней шума в кабине управления Table 4 – Calculation of octave noise levels in the Central control station room

Величина Value	Средние частоты октавных полос, Гц Average frequencies of octave bands, Hz
	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
L p (м)	96	100	105	107	111	109	105	98
L p (д)	102	106	108	110	108	106	99	92
Величина Value	Средние частоты октавных полос, Гц Average frequencies of octave bands, Hz
	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Уровни шума в РО на расстоянии 0,5 м от ЦПУ Noise levels in the Milling section at a distance of 0,5 m from the Central control station
« к	0,2	0,43	0,6	0,9	0,87	0,8	0,86	0,95
« пр	0,2	0,43	0,6	0,9	0,87	0,8	0,86	0,95
« ср	0,2	0,43	0,6	0,9	0,87	0,8	0,86	0,95
Q, м2	160,4	484	962,4	5774	4294	2566	3941	12190
L сум. (2М+2Д)	90,98	91,72	93,11	93,43	94,54	92,89	87,79	80,54
L сум. (2М)	83,99	84,72	88,31	88,61	92,75	91,1	86,8	79,6
L сум. (1М)	81,22	82,19	85,95	86,54	90,65	88,94	84,69	77,69
L сум. (2М+1Д)	88,52	88,97	90,79	90,82	93,43	91,8	87,15	79,92
L сум. (1М+1Д)	87,73	88,19	89,62	89,69	91,7	90,04	85,25	78,18
L сум. (1М+2Д)	90,55	91,32	92,46	92,85	93,27	91,58	86,2	79,08
Приведённая звукоизоляция R пр ограждения ЦПУ Reduced sound insulation R red fences of the Central control station
R 1 , дБ	27	33	30	40	47	42	50	56
R ост. , дБ	21	25	27	30	32	30	36	38
R пр , дБ	24,97	29,86	29,21	35,53	38,47	36,01	42,35	44,72
Величина L зп , учитывающая звукопоглощение в ЦПУ Value L sa , recorded sound absorption in the Central control station
« к	0,2	0,43	0,6	0,9	0,87	0,8	0,86	0,95
« пр	0,2	0,43	0,6	0,9	0,87	0,8	0,86	0,95
« ср	0,2	0,43	0,6	0,9	0,87	0,8	0,86	0,95
L зп , дБ	1,591	-1,734	-3,181	-4,942	-4,794	-4,43	-4,744	-5,176
Уровни воздушного шума L в (дБ) в ЦПУ Airborne noise levels L в (dB) in the Central control station
Lв (2М+2Д)	67,6	60,13	60,72	52,96	51,27	52,45	40,69	30,64
Lв (2М)	60,61	53,13	55,91	48,14	49,48	50,66	39,7	29,7

Окончание таблицы 4

Lв (1М)	57,84	50,6	53,56	46,07	47,39	48,5	37,6	27,79
Lв (2М+1Д)	65,14	57,38	58,4	50,35	50,16	51,36	40,06	30,02
Lв (1М+1Д)	64,35	56,59	57,23	49,22	48,44	49,6	38,16	28,28
Lв (1М+2Д)	67,17	59,73	60,07	52,38	50	51,14	39,11	29,19
Подбор данных для построения спектра шума Data compilation for constructing the noise spectrum
Частота, Гц	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Lв, дБ	91	83	77	73	70	68	66	64
Норма шума, дБ	95	87	82	78	75	73	71	69
Превышение шума	-4	-4	-5	-5	-5	-5	-5	-5

Использование минеральной ваты толщиной 40 мм и изменение конструкции кабины ЦПУ позволило снизить уровень шума до допустимых значений, что привело к снижению негативного воздействия шума на здоровье персонала и повышению про- изводительности труда. Построение диаграммы (рисунок 5) также подтвердило правильность принятого решения. Схема применения звукоизоляционного материала представлена на рисунке 6.

• -s-    L в , дБ

норма шума, дБ

L в , dB

Noise limit, dB

Рисунок 5 – Уровень шумового фактора в кабине ЦПУ с использованием звукоизоляционного материала (минеральная вата) Figure 5 – Noise factor level in the Central control station room using soundproofing material (mineral wool)

Двери в помещении, где находится оператор, необходимо располагать на стороне, противоположной наиболее мощному источнику шума, герметизируя путем плотной подгонки полотна к коробке, устраняя щель под дверью и полом при помощи порога или уплотнителя. ЦПУ следует устанавливать на виброизоляторы. Уплотнение стекол одинарных окон необходимо производить упругими прокладками.

• 1    – двойные стены с пустотами, заполненными минеральной ватой; 2 – потолок, покрытый минеральной ватой; 3 – шумоглушители воздухозаборных устройств вентиляционных установок;

• 4 – двойная дверь; 5 – одинарное окно; 6 – вентиляционный глушитель;

• 7    – резиновый виброизолятор

Рисунок 6 – Схема звукоизоляции в центре управления процессом

• 1    – double walls with voids filled with mineral wool; 2 – ceiling covered with mineral wool;

• 3 – silencers for air intake devices of ventilation units; 4 – double door; 5 – single window; 6 – silencer;

• 7    – rubber vibration isolator

• Figure 6 – Sound insulation diagram in the Central control station

  Данные анализа показали, что в кабине поста управления при использовании звукоизоляционного материала значительно снижен уровень шума. Использование минеральной ваты толщиной 40 мм позволило существенно снизить уровень шума до нормируемых значений, соответствующих СП 51.13330.2011, ГОСТ ISO 9612-2016, Сан-ПиН 1.2.3685-21, тем самым уменьшая вредное воздействие шума на операторов зернопереработки. В целом акустические характеристики и их правильная оценка при проектировании и обустройстве цеха переработки зерна напрямую влияют на комфортность, безопасность и эффективность работы зерноперерабатывающей отрасли.

Выводы. В результате анализа было установлено, что уровень шума в цехе переработки зерна превышает допустимые нормы более чем на 3 дБ, что негативно сказывается на персонале. Использование предложенного звукоизоляционного материала, а именно минеральной ваты и изменение конструкции кабины ЦПУ, обеспечивает высокий уровень звукопоглощения, при этом снижается шум до уровня допустимых норм и создаются более комфортные условия для персонала зерноперерабатывающего цеха. Следовательно, улучшение условий труда в цехе по переработке зерна снизит уровень травматизма, профзаболеваний и улучшит работоспособность персонала. Поэтому меры, направленные на снижение уровня шума до нормативных, носят не только социальный, но и экономический характер, который выражается и в показателях производительности труда.