1 Красовський В.О. 1 Мухаметдінова З.М. 2 Галіулліна А.Р. 1 Вагапова Л.Ф. 2 Халфин Р.Р. 2
1 ФБУН "Уфимський НДІ медицини праці та екології людини"
2 ФГБОУ ВО "Уфимський державний авіаційний технічний університет"
Публікація містить аналіз результатів вимірювань шуму в 71 кабіні автомашин від 1991-му до 2013 випуску. Отриманий матеріал актуалізує майже забуту проблему гігієнічного нормування спектрального змісту шуму. Тільки діючі санітарні правила містять нормативні величини інтенсивності звуку (дБ) в октавних смугах среднегеометрических частот (Гц). Технічні стандарти нормують шум в автотранспорті в децибелах, скоригованих за шкалою А (дБА) і визначають порядок акустичних випробувань для вимірювань саме на цій шкалі шумоїзмерітельний приладу. При дотриманні нормативів еквівалентних рівнів шуму в кабінах, порушення регламентованих значень його спектра формують у водіїв адекватні фізіологічні зміни з розвитком передчасного стомлення, що може бути причиною дорожньо-транспортних пригод. В аналізі спектрів шумів моторів виявили схожість і відмінність їх змісту, залежне від використовуваного типу двигуна і палива. Специфіка відмінностей спектрів може бути використана в діагностиці технічного стану двигуна, а також подальшого вдосконалення гігієнічного і технічного нормування внутрішніх шумів в кабінах і салонах машин, що в цілому підвищить рівень транспортної безпеки і оптимізує гігієнічну оцінку і умови праці водіїв.
гігієна
професійні шкідливості
шкідливі фізичні фактори
виробничий шум і вібрація.
1. Антомонов М.Ю. Методика формування показників в еколого-гігієнічних дослідженнях // Гігієна праці. - 1993. - № 7. - С. 20-23.
2. Гігієнічні критерії оцінки та класифікації умов праці за показниками шкідливості та небезпечності факторів виробничого середовища, важкості та напруженості трудового процесу: Керівництво (Р. 2.2.2006-05). - М .: Росспоживнагляд, 2006.
3. ГОСТ 30683-2000 (ИСО 11204-95) Шум машин. Вимірювання рівнів звукового тиску випромінювання на робочому місці та в інших контрольних точках. Метод з корекціями на акустичні умови. Дата введення 2003-01-01.
4. ГОСТ Р. 51616-2000. Автомобільні транспортні засоби. Шум внутрішній. Допустимі рівні і методи випробувань (зі Зміною N 1). - М .: ІПК Вид-во стандартів, 2000 рік. Введено в дію: 2001-01-01.
5. ГОСТ Р. 52051-2003. Механічні транспортні засоби та причепи. Класифікація та визначення. Офіційне видання. - М .: Стандартинформ, 2008. Введено в дію: 2004-01-01.
6. Кармолін А.Л., Сиромятніков Ю.П. Інтегральна оцінка умов праці // Гігієна і санітарія. - 1987. - № 9. - С. 40-41.
7. Колганов А.В. Інформаційно-енергетична модель непостійного шуму і її застосування в гігієні праці: автореферат дис. ... д-ра біолог. наук: 14.00.07 / Київ. НДІ гігієни праці та проф. захворювань. - Київ, 1989. - 46 с.
8. Красовський В.О. Прогноз нешкідливого стажу працюючих у шкідливих умовах / В.О. Красовський, Г.Г. Максимов, Ю.Г. Азнабаева / під науковою редакцією професора Максимова Г.Г. / LAP LAMBERT Academic Publishing is a trademark of: OmniScriptum GmbH & Co. KG. - 2014 - 233 c. - URL: http: // www. LjubljiKnigi. ru; https: //www.morebooks. de / store / ru / book / (дата звернення: 10.10.2014).
9. Красовський В.О. Актуальність порівняльного спектрального аналізу шумів в санітарному нагляді // Гігієна і санітарія. - 2012. - № 1. - С. 83-84.
10. Прикладна статистика: Класифікації і зниження розмірності: довід. изд. / С.А. Айвазян, В.М. Бухштабер, І.С. Енюков, Л.Д. Мешалкин; під ред. С.А. Айвазяна. - М .: Фінанси і статистика, 1989. - 607 с.
11. СП № 4616-88. Санітарні правила з гігієни праці водіїв автомобілів. - URL: http://files.stroyinf.ru/Data2/1/4293841/4293841565.htm.
12. Ферстер Е., Рёнц Б. Методи кореляційного і регресійного аналізу: Керівництво для економістів / пер. з нім. і предисл. В.М. Іванової. - М .: Фінанси і статистика, 1983. - 302 с.
Поняття акустичного комфорту системи «людина - машина» в суб'єктивній оцінці передбачає, що при експлуатації і управлінні «машиною» оператор повинен відчувати мінімальну психоемоційний роздратування і втому. Праця водія слід однозначно відносити по нервово-емоційним напруженості до шкідливого класу (в залежності від інтенсивності транспортного потоку, в першу чергу) першої-третьої ступеня згідно з чинним документом Керівництву Р.2.2.2006-05 [2].
Санітарні правила СП 4641-88 [11] регламентують енергетичний еквівалент непостійного звуку на рівні 60 дБА (для легкових автомобілів) і 70 дБА (для вантажних машин) з можливістю оцінки по «граничному спектру» (ПС-55 і ПС-65, відповідно) . ГОСТ Р.51616-2000 [4] уточнює ці вимоги відповідно до чинної класифікації механічних транспортних засобів і причепів [5], нормує шуми в децибелах, скоригованих за шкалою А (дБА), і визначає порядок акустичних випробувань, але тільки для вимірювання на цій шкалі . Тому шум в кабінах і салонах автомобілів в даний час, в цілому за рівнями звуку в дБА (найбільше в легкових автомобілях) відповідає вимогам, що є безперечною заслугою конструкторів.
ГОСТ Р.51616-2000 [4] на відміну від діючих Санітарних правил СП 4641-88 [11] виключає оцінку спектрального змісту внутрішнього шуму, що впливає на водія і пасажирів. Через це повсюдно порушуються нормативи спектра шуму, встановлені санітарними правилами [11], немає нормативних документів, що регламентують порядок вимірювання спектра шуму. Вважаємо, що питання оцінки дотримання спектральних норм шуму і подальшого вдосконалення їх нормування, порядку вимірювань вимагає додаткових рішень.
У протоколі засідання Вченої ради Федеральної служби з нагляду в сфері захисту прав споживачів і благополуччя людини (протокол № 3 від 14.12.2016) зазначено: «... в нормативних і методичних документах оцінки шуму є тенденція відходу від вимірювань і нормування його спектральних характеристик ...» Деякий зневага в гігієнічних і інженерних оцінках «спектрами виробничого шуму» обумовлено, на наш погляд, труднощами порівняння, по крайней мере, дев'яти спектральних величин з їх нормативними значеннями.
Фізичні величини, що характеризують звук, є функцією часу. Тому їх можна представити у вигляді суми гармонійних коливань з різними частотами і амплітудами. Залежність амплітуди (або ефективного значення) гармонійних складових звукової хвилі від частоти називається спектром звуку. Безперечно твердження: всякий виробничий і інший шум (звук) має свій характерний для нього спектр, який визначається джерелом і шляхами поширення хвилі.
На нашу думку, спектральний аналіз шумів в техніці і гігієнічної акустиці [9], особливо в діагностичних цілях, використовуються недостатньо ефективно. Вивчення спектрального змісту звуків, за великим рахунком, дозволяє виявити несправності в роботі машин, виділити домінуючі джерела шуму, виробляти раціональний вибір засобів захисту від нього (ефективність роботи різних засобів залежить від спектрів шумів), а також довести або спростувати діагноз професійної приглухуватості. Розрахунки звукопоглинання і звукоізоляції виявляться неспроможними, якщо будуть враховувати тільки еквівалентні значення непостійного звуку. Зіставлення спектрів при наявності декількох джерел часто дозволяє вирішувати завдання визначення провідного джерела зашумлення території і / або приміщень [9].
Суб'єктивні оцінки змісту шумів використовують в діагностиці технічного стану автомашини. Так, майстри сервісних центрів за допомогою фонендоскопа намагаються визначити можливі несправності окремих блоків двигуна за специфічними звуків. Практично вони використовують традиційний в медицині - метод аускультації. Однак в процедурі постановки діагнозу існує негласне правило необхідності доповнення суб'єктивної інформації про пацієнта об'єктивними лабораторно-інструментальними характеристиками. Існуючі вимірювальні засоби для пошуку несправностей у автомашин (не дивлячись на їх серйозне програмне забезпечення) недостатньо використовують методики спектрального аналізу.
Спектр шуму також містить інформаційну компоненту, яка, наприклад, може виявлятися в різниці психофізіологічних реакцій пасажирів і водіїв транспорту на шум двигуна [7]. Описаним обставинам належить велике теоретичне значення для подальшого вдосконалення гігієнічного нормування шумів, організації охорони праці, безпеки транспорту та т.д.
Мета - виміряти шум в кабінах автомобілів з тим, щоб показати гігієнічну значимість його спектрального змісту в аналізі подібності та відмінності в спектрах шуму двигунів внутрішнього згоряння, що працюють на бензині, природному газі або дизельному паливі.
Методи і обсяги досліджень
Вимір шумів в кабінах виконували за вимогами стандартів [3,4] згідно поставленому завданню: виміряти і оцінити спектральний зміст шумів від двигунів трьох типів. Для аналізу звуку моторів необхідно було усунути або мінімізувати додаткові джерела зашумлення: аеродинамічний шум, сторонні зовнішні шуми, що проникають в салон автомобіля через нещільності кузова і скління, структурні шуми, які проникають в кабіну через елементи підвіски до кузова силового агрегату, трансмісії, системи вихлопу , ходової частини. Відповідно до стандарту [3] тривалість вимірювань постійного шуму на робочому місці оператора машини повинна бути не менше 15 с. Тому виміри виконували в режимі холостих обертів (2/3 від максимального числа на території гаража або в боксах), максимально виключають відомі перешкоди. Заміри виконували протягом 60 с., Тричі, з використанням шкали усереднення «Швидко» (Fast). Мікрофон кріпили на рівні вуха водія (на висоті 0,80 м від настилу кабіни) і на відстані до 10 см з горизонтальною орієнтацією осі пристрою на переднє скло (на двигун).
Виміряні шуми в 71 кабіні автомашин від 1991-му до 2013 випуску. Заміри проводили в автомобілях з двигуном внутрішнього згоряння (63 од.), На природному газі (4 од.) І з дизельним приводом (4 од.). Для аналізу взято результати вимірювань в 58 легкових (ВАЗ, РЕНО, КІА та ін.) Машинах, в 5 пасажирських автобусах, що працюють на бензині, в 4 автобусах з двигунами, що працюють на природному газі, і в 4 машинах з дизельним приводом (1 вантажівка , 1 трактор, 2 пасажирських автобуса).
Для вимірювань використовували повірений шумомір-віброметр - інтегруючий аналізатор спектру портативний «Октава 110 (ЕКО) / ЕКОФІЗІКА - 110 А» (1 кл. Точності). До і після вимірів проводили перевірку приладу за допомогою повіреного калібратора АК-1000.
Результати та обговорення
Аналіз спектру звуку двигуна і його еквівалентного рівня не виявив залежності зношеності обстежених автомобілів від року випуску, оскільки «терміни експлуатації» не несуть в собі інформації про реальний пробігу автомобіля, можливих ремонтах, технічному і щоденного догляду та ін.
На малюнку показаний графік спектрів шуму від трьох типів двигунів внутрішнього згоряння. Криві отримані шляхом енергетичного підсумовування по обстеженим об'єктів. Видно, що в кривій спектру бензинового двигуна визначається сплеск на октавах 31,5, 63 і 125 Гц. Цей факт закономірно виявляється на всіх приватних графіках спектра шуму від цього типу двигуна незалежно від його потужності. Крім того, і в попередніх дослідженнях виявляли таку ж особливість для цього типу двигунів. У кабінах автотранспорту, що працює на газовому або дизельному паливі, зазначена закономірність не спостерігається, але отримані криві досить специфічні для відповідного типу мотора.
Слід звернути увагу, що в результаті підсумовування шумів визначається перевищення гранично-допустимих рівнів [11] на шкалі А (дБА). Заміри звуку в кожній машині окремо такі невідповідності не виявили.
Аналіз поданого графіка ставить питання про подібність спектрів різних двигунів. Кореляційний аналіз [12] визначив, що його спектральні криві аналогічні між собою на 89%. Даний факт пояснює вимогу ГОСТ Р.51616-2000 [4]: «Автотранспортні засоби одного типу в відношенні внутрішнього шуму не повинні мати істотних відмінностей по ...» В конструкції вивчених двигунів і обстежених машин досить багато однакових пристроїв і деталей, і процес поширення звуку пов'язаний в першу чергу (як і намагалися виключити при замірах!) з вібрацією корпусу машин.
Спектри шуму від трьох типів двигунів внутрішнього згоряння:
Бенз / дв - двигун, що працює на бензині, Газ / дв - двигун, що працює на природному газі, Диз / дв - дизельний двигун
Представляє також інтерес, наскільки добре аналізовані криві малюнка можуть бути описані елементарними функціями. Аналіз їх трендів привів до таблиці, в якій показані відповідні коефіцієнта апроксимації. З таблиці випливає, що найкраще наближення для бензинових моторів - логарифмічна функція (y = -11,1 * Ln (x) +87,561 і y = -11,41 * Ln (x) +78,138). Інші криві малюнка найкраще описуються, відповідно, статечної і експоненційної функцією. Дані факти означають в цілому, що аналізовані спектри повинні також мати істотні відмінності.
Коефіцієнти апроксимації спектрів шуму елементарними функціями
Тип двигуна і
автомобіль
елементарні функції
лінійні
ная
Експоненціальна
статечна
логарифмічна
1
2
3
4
5
Легкові машини на бензиновому
двигуні
0,574
0,560
0,599
0,627
Автобуси на бензиновому двигуні
0,597
0,578
0,606
0,638
Автобуси на газовому двигуні
0,272
0,294
0,368
0,360
Вантажні машини на дизельному
двигуні
0,012
0,015
0,0001
6Е-07
Виявлені відмінності (в цілому на 11%) кривих спектрального змісту звуку від різних двигунів внутрішнього згоряння, в тому числі і характерний «сплеск» на графіку бензинового двигуна, визначено їх пристроєм і принципом роботи.
Дизель - це поршневий двигун внутрішнього згоряння, що працює за принципом миттєвого самозаймання розпорошеного палива, під впливом розігрітого при стисненні повітря. Провідною причиною виникнення шуму є періодичне збільшення тиску в циліндрах при хаотичному згорянні палива. Дрібні фрагменти солярки випаровуються в прискореному режимі і з'єднуються з повітряною масою. Завдяки досить високому температурному впливу утворилася суміш легко запалюється, і підпал суміші іскрою - не потрібно. Крім того, топливовоздушная суміш формується набагато швидше, ніж в бензиновому двигуні, що також може вплинути на виявлені відмінності в спектрах.
В циліндрах бензинових моторів стискається тільки повітря, температура якого відповідає приблизно 900 0С. Бензин подається окремо для подальшого згоряння. Повітря і пальне в бензинових двигунах стискається у впускному колекторі, після чого паливо потрапляє в відсік для подальшого спалювання. Коли завершується акт стиснення, виконується фінальний етап освіти паливо-повітряної складу. Після здавлювання отримана суміш досягає температури приблизно 500 0С, а потім виконується процедура її займання з використанням іскри.
Газові двигуни використовують зовнішнє освіту газоповітряної суміші і займання її від свічки запалювання, як в карбюраторному бензиновому двигуні. При цьому газоповітряна суміш утворюється у впускному колекторі шляхом вприскування (інжекції) газу.
Гігієнічні оцінки спектра [11] чинного шуму припускають процедуру порівняння 9 величин, кожна з яких має своє регламентований значення. Використання значень «граничного спектра» для цього (не дивлячись на те, що в гігієнічної акустиці [9] в останні роки про нього незаслужено забули) кілька розряджає ситуацію. Однак математичні побудови на базі 9 параметрів різниці «еталон-норматив» кілька скрутні, особливо, якщо таких пар більше двох.
Порівняльний аналіз абсолютних значень відмінностей отриманих сумарних значень по середньогеометричними октавах з нормованими величинами [11] будь-яких закономірностей не виявив. Спектри шуму від бензинового мотора починають перевищувати регламентовані рівні з октави 63 Гц, від газових двигунів обстежених автобусів - з октави 125 Гц. Отримані абсолютні значення розбіжностей між нормованими величинами спектра і сум значень по всіх обстежених транспортних одиниць найбільш оптимально описуються поліноміальних рівнянням шостого ступеня (коефіцієнт апроксимації 0.996), що ще раз вказує на складності порівняльного спектрального аналізу.
У сучасній математиці Досить много способів Отримання однозначної (альтернатівної) ОЦІНКИ різноманітніх параметрів. Найчастіше вікорістовуємо метод функціоналів відстаней в n-вимірному Евклідовому пространстве [1,6,10]. Аналіз спектральних розбіжностей в єдиному, однозначного поданні (по всьому автомашинам) дозволив отріматі внесок кожної частоти в загальна Кількість невідповідностей, а такоже оцініті їх в узагальненому Показники [8]: D = 1,234. Дана величина означає, що в сукупності 71 пари «еталон - норматив» невідповідності вимог по спектральному змістом шумів в середньому складають 23%.
У роботах Колганова А.В. [7] доводиться, що при впливі постійної акустичної енергії напруга функціональної системи слуху і інших систем організму, що забезпечують працездатність оператора, прямим чином, залежать від ентропії шуму. У разі рівного розподілу інтенсивності і імовірнісних характеристик впливу чинників, зрушення показників функціонального стану більше, якщо один з параметрів акустичного подразнення є сигналом. Вплив шуму на психіку людини зростає зі збільшенням його інтенсивності, а також зі зменшенням ширини октавних смуг в спектральному змісті. Постійні або періодичні перевищення регламентованих рівнів звуку на окремих октавах або їх сукупності при дотриманні нормативу еквівалентного рівня (дБА) в кабіні можуть формувати адекватні зміни фізіологічного статусу водія (оператора), в тому числі і у вигляді розвитку передчасного стомлення, особливо на дуже потужних автомобілях.
Особливості конструкції моторів, кузовів автомашин, а також виміряні спектри звуку в кабінах, інші обставини змушують стверджувати, що для повноцінної гігієнічної оцінки умов праці водія по акустичному фактору недостатньо знати і порівнювати з гранично-допустимими санітарними нормативами і технічними нормами [4,11] рівні шуму тільки в децибелах, скоригованих за шкалою А (дБА).
Санітарні нормативи спектрального змісту шуму [11] обгрунтовані, в першу чергу, психофізіологічними змінами у оператора, розподілом інтенсивності звуку по октавним смугах среднегеометрических частот (Гц) звичайної людської мови (на рівні 60-70 дБА). Недотримання вимог щодо інтенсивності звуку на октавнихсмугах среднегеометрических частот, безсумнівно, впливає на чутність мови в кабінах і салонах транспортних засобів. Тому зневага в технічному нормуванні і конструюванні машин гігієнічних вимог до спектрального змістом шумів не може забезпечити повний акустичний комфорт оператора, навіть при дотриманні вимог за рівнем звуку на шкалі дБА.
висновки
- В аналізі спектрів шуму в кабінах 71 машини виявили схожість і відмінність їх змісту, залежне від використовуваного типу двигуна. Виявлені специфіки спектральних кривих на малюнку можуть надати допомогу в експертизі результатів вимірювань фактора в кабінах і салонах машин, а також і в діагностиці порушень слуху.
- Подальше гігієнічненормування спектрального змісту звуку автомобільних двигунів вимагає нових психофізіологічних досліджень з корекцією гігієнічних нормативів по мовним рівням, по «інформаційним компонентів» [7] на холостих обертах мотора і при русі автомашини;
- В аналізі шумів двигунів можна використовувати більш глибоке (ніж 1/1 або 1/3 октави) розкладання спектральних кривих з тим, щоб виявити їх специфіку, залежну від типу двигуна, яку можна використовувати в діагностиці динаміки технічного стану машин і ступеня їх зношеності;
- Технічні стандарти на автотранспорт повинні враховувати гігієнічні нормативи [11] сили звуку (дБ) в октавних смугах среднегеометрических частот (Гц) і визначати специфіку процедури вимірювання та аналізу спектрального вмісту шуму в кабінах і салонах (аж до застосування методів отримання однозначної оцінки всіх порівнюваних параметрів) ;
- Застосована в аналізі автомобільних шумів математична процедура [1,6,10], однозначної оцінки 9 пар «еталон-норматив» дозволяє усунути існуючі труднощі в гігієнічних і інженерних оцінках їх спектрального змісту.
бібліографічна ПОСИЛАННЯ
Красовський В.О., Мухаметдінова З.М., Галіулліна А.Р., Вагапова Л.Ф., Халфин Р.Р. Про ГІГІЄНІЧНОЇ ЗНАЧИМОСТІ СПЕКТРАЛЬНОГО ЗМІСТУ ШУМУ АВТОМОБІЛІВ // Сучасні проблеми науки та освіти. - 2017. - № 2 .;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=26225 (дата звернення: 08.06.2019).
Пропонуємо вашій увазі журнали, що видаються у видавництві «Академія природознавства»
(Високий імпакт-фактор РИНЦ, тематика журналів охоплює всі наукові напрямки)
Ru/ru/article/view?