Обеспечение допустимых норм шума и напряженности труда в рабочей зоне пультовщиков предприятий машиностроительного профиля Парахин Денис Викторович

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1 Состояние вопроса и постановка задач исследования 13

1.1. Выбор и краткое описание объектов исследования 13

1.2. Характеристика условий труда в пультовых на производственных площадках с высокошумным оборудованием 25

1.3. Характеристика шума при работе технологических установок и анализ процессов шумообразования в пультовых 31

1.4. Анализ видов шумозащитных материалов применительно к условиям труда в пультовых 36

Выводы по главе и постановка задач исследования 42

Глава 2 Анализ условий труда на рабочих местах пультовщиков предприятия машиностроительного профиля 45

2.1. Оценка состояния условий труда на рабочих местах игигиеническая классификация труда 45

2.2. Оценка напряженности трудового процесса пультовщиков 48

2.3. Оценка риска потери слуха пультовщиков 54

2.4. Методические подходы к оценке условий труда по степени вредности и опасности с использованием информационного показателя 60

2.5. Методические подходы к оценке напряженности трудового процесса на основе программных средств анализа и визуализации данных 70

Выводы по главе 2 72

Глава 3 Теоретические основы расчета слоистых сотовых конструкций для повышения безопасности труда пультовщиков 74

3.1. Общая характеристика слоистых сотовых конструкций 74

3.2. Простая теоретическая модель 80

3.3. Теоретические основы расчета по аналогии с электрической системой 84

3.4. Модель с механической колебательной системой 88

3.5. Результаты и обсуждение 94

Выводы по главе 3 95

Глава 4 Физические и численные экспериментальные исследования звукопоглощения слоистых сотовых конструкций 97

4.1. Основы теории вычислительного эксперимента исследования поведения шумозащитных конструкций в условиях акустического воздействия 97

4.2. Экспериментальные исследования звукопоглощения сотовых конструкций 105

4.3. Определение параметров сотовых конструкций применительно к улучшаемым условиям труда 110

Выводы по главе 4 114

Глава 5 Использование разработанных положений и результатов для улучшения условий труда пультовщиков 116

5.1. Снижение шумового фактора применением сотовых конструкций в пультовых 116

5.2. Апробация методики оценки условий труда с использованием информационного показателя 125

Выводы по главе 5 128

Заключение 129

Список использованных источников

• Характеристика шума при работе технологических установок и анализ процессов шумообразования в пультовых
• Методические подходы к оценке условий труда по степени вредности и опасности с использованием информационного показателя
• Теоретические основы расчета по аналогии с электрической системой
• Определение параметров сотовых конструкций применительно к улучшаемым условиям труда

Введение к работе

Актуальность. В настоящее время значительная часть производственных мощностей, задействованных на предприятиях с машиностроительным профилем в нашей стране, включает в себя оборудование, введенное в эксплуатацию еще в XX веке, которое при текущем технологическом укладе идентифицируется как морально устаревшее и зачастую является причиной несоответствия рабочего места современным нормам, предъявляемым законодательством в области охраны труда. Рост объема производства при использовании такого оборудования сопровождается увеличением шумоизлучения, которое составляет приблизительно 5 дБА каждые 5-10 лет.

Результаты анализа аудиометрических исследований показывают, что при работе в течение 20 лет в условиях уровня звука 95 дБА уже через 10 лет около 10% работающих могут получить профессиональное повреждение слуха. Кроме этого, общая заболеваемость в производственных помещениях с шумными технологическими процессами на 25% выше, чем в малошумных. Повышен уровень производственно-обусловленных заболеваний, высок риск увеличения порогов слышимости, а также снижается производительность труда работника.

Ряд рабочих мест на предприятиях с высокошумными технологическими установками располагаются в небольшом помещении, как правило, объемом 35-45 м³ для управления и контроля за их работой. Такие помещения зачастую носят названия пультовых (кабин), в которых высокая напряженность труда существует на протяжении всей рабочей смены. На предприятиях машиностроительного профиля такие участки встречаются уже на первом этапе создания продукта. Особенности трудового процесса в таких помещениях ставят научно-техническую задачу, связанную с достижением допустимого уровня шума на рабочих местах в них.

На технологических площадках рядом с кабинами пультовщиков классического предприятия машиностроительного профиля – ЗАО «Ижметмаш», ввиду технологических особенностей используемого оборудования наблюдаются повышенные уровни шума со значениями, которые согласно физическим свойствам конструктивных материалов пультовых (кабин) обуславливают, как следствие, повышенные уровни звука в пультовых – 86-87 дБА, что в сочетании с высокой напряженностью труда позволяет условия труда в пультовых относить к вредным, а с учетом того, что как правило, пультовщиками работают женщины репродуктивного возраста, то актуальность выполнения исследования повышается.

Одним из способов снижения шума является использование средств коллективной защиты в виде шумозащитных конструкций. Большое разнообразие таких конструкция, тем не менее, не всегда дает возможность решать локальные задачи в области снижения уровня шума на рабочих местах. Одним из типов таких конструкций являются слоистые сотовые панели для снижения уровня шума в жилых, общественных и производственных помещениях. Результаты исследований, полученные в рамках выполнения данной работы, показали, что

такие средства коллективной защиты, после их оптимизации под конкретную задачу, могут успешно применяться для снижения шума в пультовых (кабинах).

Объектом исследования являются условия труда операторов-

пультовщиков, работающих в обособленных помещениях пультовых на предприятиях машиностроительного профиля (ЗАО «Ижметмаш», г. Ижевск; ОАО «Ижевский машзавод»; ООО «МетМаш», г. Нижний Новгород).

Предметами исследования являются методики оценки степени вредности и опасности труда пультовщиков по совокупности факторов и напряженности, риска повреждения слуха, слоистые сотовые конструкции, теоретические положения по расчету их звукопоглощения.

Целью настоящей работы является обеспечение безопасных условий труда на рабочих местах пультовщиков на основе научно-обоснованных подходов к разработке средств коллективной защиты от шума и снижению напряженности труда.

Основные задачи исследования

1. Выполнить комплексные исследования условий труда на рабочих местах
пультовщиков предприятий машиностроительного профиля, дать оценку и вы
явить превалирующие ОВПФ.

1. Выявить взаимосвязь превалирующего ОВПФ с другими факторами и оценить степень их выраженности на аналогичных рабочих местах пультовщи-ков в условиях одного и того же класса условий труда.

2. Разработать методику оценки риска ухудшения слуха на рабочих местах пультовщиков.

4. Выполнить аналитические, теоретические исследования и разработать
специальную шумозащитную конструкцию, доступную для санитарно-
гигиенического ухода.

5. Разработать теоретические основы расчета слоистых сотовых конструкций с учетом их конструктивных параметров.

6. Выполнить экспериментальные исследования по оценке звукопоглощения конструкций в условиях испытаний.

7. Разработать научно-обоснованную систему рекомендаций по улучше
нию условий труда на рабочих местах пультовщиков с учетом фактора напря
женности.

На защиту выносятся:

1. Результаты комплексного исследования условий труда пультовщиков с определением доминирующего вредного производственного фактора.

2. Методика оценки класса условий труда с использованием информационного показателя преобладания фактора вредности и опасности, защищенная свидетельством на программу для ЭВМ.

3. Уточненная методика оценки риска снижения слуха пультовщиков с учетом стажа работы, уровня звука, особенностей пола работников.

4. Запатентованные слоистые сотовые конструкции для защиты от шума с повышенными санитарно-гигиеническими свойствами.

5. Разработанные математические модели для расчета слоистых сотовых конструкций, позволяющие оценить полосы максимального звукопоглощения, обусловленные резонансными эффектами.

6. Результаты экспериментальных исследований звукопоглощения шумо-защитных конструкций в условиях малой реверберационной камеры.

7. Уточненная методика оценки напряженности трудовой деятельности в части «нагрузка на слуховой анализатор» с использованием коррелирующих отечественных и зарубежных критериев по разборчивости слов и сигналов.

8. Система научно-обоснованных рекомендаций по улучшению условий труда пультовщиков до допустимого класса снижением шумового фактора и фактора напряженности труда.

Достоверность и обоснованность теоретических результатов диссертации подтверждена экспериментальными исследованиями с использованием регрессионного анализа, теории многофакторного эксперимента для большого массива экспериментальных данных, а также результатами математического моделирования звукопоглощения конструкций. Математические модели, алгоритмы и прикладные программы, используемые и созданные в работе, имеют тестовые решения задач. Экспериментально полученные данные достаточно хорошо коррелируют с результатами численного моделирования, не противоречат физическим закономерностям в смежных областях знаний, научные разработки имеют положительный результат внедрения на предприятии.

Практическая полезность:

1. Разработана методика оценки общего класса условий труда пультовщи-ков с использованием информационного показателя преобладания факторов вредности и опасности, позволяющая при существовании двух разных по природе факторов, но с одинаковой оценкой по классу вредности, определять доминирование одного из них в целях планирования мероприятий по улучшению условий труда.

2. Разработана программа оценки напряженности трудового процесса, позволяющая в оперативном режиме оценивать тяжесть интеллектуального труда пультовщиков.

3. Разработаны слоистые сотовые шумопоглощающие конструкции, доступные для санитарно-гигиенического ухода, с максимальным звукопоглощением 0,81 в полосе частот 1000-1600 Гц.

4. Разработана методика проектирования слоистых сотовых конструкций с учетом достижения уровней звукового давления в 1/1 октавных полосах частот до нормативных значений на рабочих местах пультовщиков.

Реализация результатов работы. Научные положения, выводы и рекомендации использованы: при выполнении гранта РФФИ по проекту № 14-38-50170 «Развитие теоретических основ оценки звукопоглощения бирезонансных сотовых конструкций на основе экспериментальных исследований», в проектно-конструкторской и производственной деятельности ЗАО «Ижевский завод металлургии и машиностроения» в виде данных о фактическом состоянии условий труда на рабочем месте пультовщика электросталеплавильной машины с

оценкой параметров физико-химических факторов, воздействующих на работника, методики расчета оптимальных физических параметров применяемых шумопоглощающих панелей на производственной площадке и их местах размещения, проектно-конструкторской документации по оптимизации и реконструкции производственных участков, требующих учета условий по организации мероприятий по охране труда по шумовым характеристикам.

Апробация: результаты работы представлялись на IV Всероссийской научно-практической конференции «Защита населения от повышенного шумового воздействия» (с международным участием), 26-28 марта 2013 г., Санкт-Петербург; Всероссийской специализированной выставке «Комплексная безопасность-2009» (Ижевск, 29-31 июля 2009 г.); II Всероссийской специализированной выставке «Комплексная безопасность-2010» (г. Ижевск, 28-30 сентября 2010 г.); V Всероссийской научно-практической конференции «Защита населения от повышенного шумового воздействия» (с международным участием), 18-20 марта 2015 г., Санкт-Петербург; III Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Молодые ученые – ускорению научно-технического прогресса в XXI веке», 22-23 апреля 2015 г., г. Ижевск; XIX Республиканской выставке-сессии студенческих инновационных проектов, 15 апреля 2015 г., г. Ижевск.

Научная новизна:

5. Установлен характер изменения спектра шума в 1/1 октавных полосах частот при проникновении его с производственной площадки через ограждающие конструкции и оконный проем помещения пультовой с расположенными в ней слоистыми сотовыми конструкциями и без них.

6. Экспериментально получены коэффициенты звукопоглощения разработанных средств коллективной защиты от шума с учетом их конструктивных параметров – толщины пленки, толщины крупноячеистой сетки и толщины конструкции с максимальным звукопоглощением в полосах 1000-1600 Гц на уровне 0,81 при использовании 2 мм толщины крупноячеистой сетки и 50 мкм толщины покровной пленки конструкции.

7. Обосновано вычисление «разборчивости слов и сигналов» на основе его сильной корреляционной связи с «объективным кратковременным показателем разборчивости» с линейным коэффициентом корреляции r=0,92.

8. Установлено, что физический процесс звукопоглощения сотовых конструкций определяется материалом конструкций, эластичностью пленки, толщиной крупноячеистой сетки, конструктивными особенностями отдельных резонаторов и учитывается в предложенных новых расчётных схемах, описывающих их звукопоглощение.

9. Обоснован вывод соотношений для информационного показателя преобладания фактора вредности и опасности с учетом диапазонов варьирования фактора в пределах одинакового класса условий труда для аналогичных рабочих мест.

Методы исследования: Для решения поставленных задач используются анализ и обобщение данных литературных источников, аналитические, экспе-

риментальные, в том числе патентно-информационные методы, и численные методы, в основу которых положен системный подход, изучение и анализ условий труда пультовщиков на предприятиях машиностроительного профиля, производственные испытания.

Публикации: Основные результаты диссертации опубликованы в 13 работах; доля автора в них от 40% до 70%, в т.ч. 4 работы в журналах, рекомендованных ВАК, 2 патента на полезную модель, свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 121 наименование, и приложений, включающих копию акта внедрения результатов работы, алгоритмов программы вычисления класса условий труда с учетом информационного показателя. Основной материал включает 19 таблиц и 48 рисунков, изложен на 132 страницах. Объём приложений 3 страницы. Приложения содержат технический акт внедрения, код программы для оценки класса условий труда с информационным показателем для вредных веществ.

Характеристика шума при работе технологических установок и анализ процессов шумообразования в пультовых

Процесс плавления металлолома посредством электродуговых печей является одним из наиболее востребованных в машиностроении. Благодаря данной технологии получается более качественная сталь, с низким содержанием различных примесей, снижающих качественную характеристику получаемых в дальнейшем заготовок различных сортаментов за счет технологических особенностей установок и физических свойств электрической дуги.

Дуговые сталеплавильные машины, учитывая их технологические особенности, лучше, чем другие техники плавления, приспособлены для получения высококачественной стали путем переплавки вторсырья (металлолома). Основной составляющей шихты (75-100%) является стальной лом. Помимо этого в технологии плавления для повышения углерода в составе стали либо для получения какой-либо конкретной марки стали добавляют чугун, кокс, электродный бой и т. д. В качестве шлакообразующих в печах применяют известь, известняк, плавиковый шпат, боксит, шамотный бой; в кислых печах - кварцевый песок, шамотный бой, известь. В качестве окислителей используют железную руду, прокатную окалину, агломерат, железные окатыши, газообразный кислород.

Процесс плавления шихты сопровождается большим выделением тепла и окислительно-восстановительными химическими реакциями. В рамках процесса на производственную площадку попадает большое количество химических соединений в газообразной форме. Температура газов составляет 900-1400 С, содержание пыли в период продувки ванны кислородом доходит до 100 г/м3 газа. Количество газов, выделяющихся, например, из 100-тонной печи в период продувки кислородом, достигает 9-10 тыс. м3/ч.

На рабочей площадке, у печи, при выбивании продуктов сгорания в зазоры, выбросах металла и шлака выделяются оксид углерода и сернистый газ.

Пыль, выделяющаяся из печи, имеет плотность 4,3 г/см3. Ее количество и химический состав изменяются в широких пределах и зависят от многих факторов: от состава загружаемой шихты и присадок, объема печи, от расхода и давления кислорода. Среднее количество пыли, содержащейся в газах, составляет 25-30 кг/т [35].

Исследования степени дисперсности пыли показывают, что около 80% ее частиц имеют размеры до 5 мкм. Количество пыли с частицами больше 1 мкм составляет всего 5-15 % [35]. Такая пыль воздушными потоками относится от установки на большие расстояния и долгое время витает в воздухе.

Обычно отходящие газы состоят из химических соединений, содержащих такие вещества, как кремний, железо, магний, алюминий, кальций, фосфор, углерод, медь и др., в зависимости от исходного сырья, используемого в шихте, которые по своим химическим свойствам относятся к вредным химическим веществам.

Попадание этих веществ в организм работника (пультовщика) обусловлено неизбежным их присутствием в воздухе рабочей зоны, но на допустимом уровне. Так как пультовая находится в непосредственной близости к ДСМ и является не вполне герметичным объектом, то в течение процесса плавления, другой работник (сталевар), особенности труда которого выходят за рамки исследования, после установления стабильности в процессе плавки перемещается в пультовую, которая используется им как помещение для отдыха. Сталевар попадает в пультовую через дверь, которая находится напротив его рабочего места на производственной площадке, то есть в непосредственной близости к печи, что обуславливает незначительное попадание химических соединений в помещение пультовой в виде пыли и газообразных соединений. Анализ литературных источников показывает, что на рабочем месте пультовщиков содержатся вредные вещества, обладающие фиброгенным, аллергенным и даже канцерогенным действием. Учитывая вышеизложенное, можно утверждать, что при нахождении в течение длительного периода в контакте с веществами, витающими в воздушной среде производственной площадки, у пультовщиков ввиду кумулятивного эффекта может быть спровоцирован ряд заболеваний, носящих производственно-обусловленный характер. Но более всего они выражены у сталеваров. Так, например, при воздействии оксидов меди может быть отмечено снижение иммунобиологической реактивности, поражение зубов и слизистой рта, язвенная болезнь желудка, аллергические реакции различной степени тяжести. Оксид кремния может вызывать опасность развития силикоза, что связывают с загрязнением рабочей зоны аэрозолем конденсации SiC2, которая образуется через моноокись SiO и при выплавке различных кремнистых ферросплавов. В условиях производства при длительном вдыхании пыли у работников выявляют хронический бронхит, медленно прогрессирующий, редко осложняющийся туберкулезом пневмокониоз, а также их сочетание, наиболее неблагоприятное для системы дыхания. Оксиды железа обладают некоторым общим токсическим действием. При контакте с железом и его соединениями проявляется общетоксическое действие металла, раздражающее действие на верхние дыхательные пути, пневмокониотические изменения [66]. Так, при воздействии пыли железа у работающих выявляют астено-вегетативный синдром с сосудистой дистонией; нарушения функций печени; снижение желудочной секреции; моноцитоз, эритропения с высоким содержанием железа в эритроцитах; большая, чем в контроле, частота миокардиодистрофий. Заболевания гастритами и дуоденитами наблюдались у рабочих, обрабатывающих пириты.

Методические подходы к оценке условий труда по степени вредности и опасности с использованием информационного показателя

Производственно-обусловленная заболеваемость является причиной временной нетрудоспособности работников. Согласно действующему законодательству работодатели обязаны ежегодно реализовывать мероприятия по улучшению условий и охране труда и снижению профрисков [103].

Однако на исследованных рабочих местах пультовщиков оценивать величину риска практически нецелесообразно, математический аппарат может оказаться достаточно сложным, а достигаемая точность может не иметь существенного значения. Такая ситуация складывается и для других аналогичных рабочих мест, количество которых весьма ограничено парой десятков в рамках одного предприятия. Для этого нужно иметь доступ в весьма солидные государственные структуры – врачебные учреждения – для получения сведений о заболеваемости за отдельный временной период или за всю историю развития предприятия. Закон о неразглашении личной информации накладывает существенные ограничения на эту область исследования.

Одним из существенных моментов в области безопасности человека на производстве является принятие решения на первоочередность проведения конкретных инженерно-технических или иных мероприятий из диапазона возможных. Какое мероприятие проводить в первую очередь, и каким образом в целом его проведение повысит безопасность труда на рабочем месте? Особенно это становится актуальным при проведении систематического производственного контроля. Разработанная методика может быть использована не только для аналогичных рабочих мест, которыми, например, являются рабочие места пультовщиков в рамках одного предприятия, но и для рабочих мест идентичных профессий на других подобных предприятиях. Методика, кроме теоретических выкладок, дополнительно реализуется в виде программы [75], и данный тип автоматизации позволяет повысить эффективность ее внедрения и привлекательность для применения в контроле условий труда.

Для каждого вредного и/или опасного производственного фактора оценивается класс условий труда в зависимости от величины превышения предельно-допустимой концентрации («во сколько раз») или уровня («на сколько единиц величины измерения»), соответственно, по Руководству «Р 2.2.2006-05 [89]. Дополнительно к частной оценке условий труда по отдельному фактору, которая может быть получена в виде одночислового значения «2», «3.1», «3.2», «3.3», «3.3», «3.4», «4», определяется информационный показатель k преобладания фактора вредности и опасности. Данный показатель изменяется в диапазоне от 0,00 до 1,00 или от 0 до 100 %.

Возможность его определения обусловлена существованием достаточно широкого интервала фактических значений фактора, при которых класс условий труда, определяемый одночисловым значением, остается одним и тем же. Это создает ситуацию, когда класс условий труда, например, при воздействии химического вещества, одинаков, но фактическая степень его выраженности разная, в зависимости от того, ближе или дальше от предельных значений, характеризующих класс вредности, располагаются отношения фактической концентрации к предельно допустимой.

Результатом вычисления является одночисловая оценка класса условий труда по степени вредности и опасности по отдельному фактору с определенным значением информационного показателя преобладания фактора. Реализация методики позволяет сравнивать аналогичные рабочие места по отдельно взятому показателю с одинаковым классом условий труда, но разной степенью его выраженности. Для специалиста по охране труда достаточно использовать данные карт аттестации по измеренным значениям уровней опасных и вредных производственных факторов с дальнейшей их подстановкой в разработанную на языке формул Excel программу.

Теоретические основы расчета по аналогии с электрической системой

Граничные условия могут быть определены и для других случаев. Для закрепленных и просто опирающихся краев заданные значения со, G, 9- п и Q учитываются в матрице уровня после конечно-элементной дискретизации. На свободной части края, неоднородный случай определяется дополнением следующего члена в уравнение энергии J c codГ+J mn-QoГ, (4-10) free free где qn = q-n и mn = m-n - заранее заданные функции. Аппроксимация пластинкой Кирхгоффа

Если толщина пластинки мала (t« diam( )), то модель Рейсснера-Миндлина может быть рассмотрена как грубое приближение классической модели пластинки Кирхгоффа. Модель Кирхгоффа получается из (4.1) - (4.9) введением ограничения у = 0. Основное уравнение тогда переписывается как АААсо-7Асо=р, (4.11) Анализ натуральных и переходных мод Переходная модель пластинки получается добавлением члена инерции р/со к левой части (4.7), (4.9) и (4.11). Здесь р это плотность материала. Естественные частоты вибрации и формы колебаний в этом случае получаются приравниванием р=0 и решением уравнений по Фурье-преобразованию. Конечно-элементная реализация Прямое решение (4.4) с использованием стандартного конечно-элементного метода Галеркина неприменимо из-за хорошо известного численного явления запирания (метод не предназначен для работы с условием Кирхгоффа у = 0, которое появляется в случае малого і). Для того, чтобы избежать запирания, Elmer использует так называемые SMITC элементы (Stabilization and Mixed Interpolation of Tensorial Components), которые известны как оптимально сходящиеся и хорошо работают в любых условиях.

Линейный элемент SMITC-семейства впервые был введен Brezzi, Fortin и Stenberg [6]. Метод определяется заменой члена энергии сдвига в (4.4) следующей численной модификацией: J yh-qhl, (412) где уh - называется упрощенным напряжением сдвига (иногда также его обозначают как искусственно введенный или замещающий сдвиг), а qh = \t2 +ah2) GyA - упрощенная сила сдвига. Здесь h - размер сетки (диаметр самого большого элемента), а 0 является численным параметром стабилизации (обычно =0,15). Упрощенный сдвиг ул определяется поэлементно так, что У ьік = {зК- ЬКу,аК+ сКх) (4.13) для любого элемента К. Параметры аК, ЬК и сК определяются из условий f (Y-YA)- = 0, (4.14) для каждой кромки У из К. Здесь t является касательной по отношению к Е. В трудах [14] было показано, что линейный SMITC-элемент эквивалентен элементу T3BL (треугольник, 3 узла, связанная интерполяция), элементу по Xu, Auricchio и Taylor [3, 26], анизопараметрически интерполированному MIN3 элементу Tessler и Hughes [25], TRIA3 элементу MacNeal [15]. Для большей информации необходимо смотреть источник [14].

Параметры эластичности для перфорированных пластинок Наличие перфорации в тонких пленках с математической точки зрения влияет на уравнение эластичности. Если существует так много отверстий, что их становится сложным рассчитывать по одному, тогда их влияние обобщается на всю поверхность структуры. На практике это значит, что исходные параметры эластичности замещаются на эффективные параметры, которые учитываются в отверстиях. Этот метод был проанализирован и реализован программно Pedersen et al. [20].

При обобщении эффективные параметры для ортотропной пластинки определяются так, что неперфорированная модель аппроксимирует перфорированную пластинку. Этот метод по своей сути ограничен простой геометрией, когда могут быть использованы простые аналитические выражения. До настоящего времени в решателе реализуются только квадратные отверстия.

Предполагается, что единичный элемент перфорированной пластинки представляет собой одну маленькую квадратную пластинку с размерами b-2a, и четырех элементов длиной a, как показано на рис. 4.1. С использованием аппроксимирующих формул получаем аналитическую формулу для энергии деформации перфорированной пластинки. Она должна быть равна энергии деформации неперфорированной ортотропной мембраны. Из этого условия и получается набор уравнений, из которых могут быть найдены эффективные параметры.

Тензор эластичности имеет три независимых компоненты, С11 = С22, С12 = С21 и С44. Выражения для них выглядят следующим образом [20]: ,-, ,- E c\\ = Ч2 = 77 D h(b -2a) a\b -2a) L + b (4.15) „ „ vE(b-2a) (4.16) 102 4b (l + v) Ь Е \ ah о \ 12Ка(Ь — 2а)) J bh (4.17) где К – константа, определяемая как: К h J h 1-0,63 1-0,63\{b-2a) h, ios h b-2a b-2a \b-2a)h , ios h b-2a (4.18) Напряжение средней плоскости может быть сведено к поперечному напряжению ортотропной пластинки простым масштабированием: T = -Ді-4а /b JTQ (4.19) где T0 – напряжение перфорированной пластинки. С использованием этого упрощенного представления напряжения и изменением параметров материала в уравнениях (4.15) – (4.17) ортотропная пластинка имитирует поведение перфорированной пластинки. Однако, эта модель не пригодна для аппроксимации больших напряжений, например, вокруг отверстий.

Определение параметров сотовых конструкций применительно к улучшаемым условиям труда

Уравнение (5.1) является комплексным Фурье-преобразованием квадрата импульсного отклика, поделенного на его общую энергию. MTF характеризует влияние реверберации на огибающую речевого сигнала. В [7] авторы представляют разработанную процедуру преобразования MTF, измеренную в семи октавных полосах и при нескольких частотах модуляции в специальный параметр, который был назван «индексом разборчивости речи» (Speech Transmission Index, STI). Такое преобразование включает в себя усреднение по определенному интервалу частот модуляции с учетом вклада различных частотных полос на качество речи и эффектами маскировки между сопряженными частотными полосами, возникающими при записи сигнала в системе регистрации. При определении индекса STI сначала вычисляется комплексная функция MTF в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц в соответствии с уравнением (5.1). Затем осуществляется пересчет модуляции mF,k для различных 14 частот модуляции (0,63; 0,8; 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5: 3,15; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5 Hz). Эта процедура предполагает нахождение отношения сигнал/шум: m F к (5.2) SNRF k =101og 1 - mF k j где SNRFtk - отношение сигнал/шум при данной комбинации октавной полосы F и полосы частоты модуляции к и mFtk. Окончательная формула для вычисления индекса передачи речи определяется как: „__ SNR„v + \5 (5.3) Ы1 = — , где SNRav - соответствует среднему значению отношения сигнал/шум (SNR) по 7 октавным полосам. В табл. 5.1 приведено также соответствие значений и качества разборчивости речи по стандартизированной процедуре, утвержденной в [8], критериям разборчивости, приведенным в методике оценки напряженности трудового процесса [89]. Тем не менее, ряд исследователей предлагает более совершенную процедуру оценки разборчивости, с высоким коэффициентом линейной корреляции с показателем STI. В исследовании было отдано предпочтение в использовании такого альтернативного показателя разборчивости речи - индекса STOI - shortime objective intelligibility measure (объективный кратковременный показатель разборчивости), предложенный учеными Taal С.Н., Hendriks R.C. и др. в [23, 24]. Этот показатель имеет высокую линейную корреляцию с показателем STI - г 0,95 [23].

Соответствие значений объективной разборчивости за короткий период российскому показателю разборчивости представлено в табл. 5.1. Таблица 5.1. Соответствие показателей разборчивости Значение STOI,ед. 0,75-1,00 0,60-0,75 0,45-0,60 0,30-0,45 0,30 Характеристика разборчивости отличная хорошая слабая низкая плохая Значение Rb, ед. 0,90-1,00 0,70-0,90 0,50-0,70 0,50 – Класс условийтруда поразборчивостиречи 1 2 3.1 3.2 3.3 Еще лучшее понимание соответствия разборчивости речи по российским и зарубежным показателям дает рис. 5.4 и 5.5.

Соотношение между разборчивостью речи по российским и зарубежным представлениям: Rb – разборчивость речи по Р 2.2.2006-05 На рабочем месте пультовщиков класс условий труда по разборчивости речи является 3.1, то есть разборчивость слов и сигналов равна 0,5-0,7. Следовательно, для того, чтобы снизить класс условий труда до 2-го по данному критерию, необходимо разборчивость повысить до 0,7-0,9. Опираясь на данные рис. 5.4, видна достаточно хорошая корреляция между разборчивостью речи, принятой в Р 2.2.2006-05, и индексом STOI, что при разработанной процедуре оценки последнего параметра позволяет использовать его как количественный показатель эффективности внедрения средств коллективной защиты от шума на рабочем месте пультовщика.

Обработка речевых сигналов в программном обеспечении (например, Matlab), сохраненных в звуковом формате шумоизмерительного прибора, позволяет говорить о том, что использование коллективных средств защиты от шума повышает разборчивость речи от «слабой», задаваемой параметром разборчивости от 0,50–0,70, до хорошей – более 0,70.

На рис. 5.5 представлен временной спектр речевого сообщения пультовщика в условиях до выполнения шумозащитных мероприятий на фоне работающего оборудования. На рис. 5.6 – то же, но после проведения шумозащитных мероприятий. На рис. 5.4 вертикальные линии демонстрируют перевод значений с объективного кратковременного значения разборчивости, STOI, на разборчивость речи, Rb. Разборчивость речи до проведения мероприятий Rb = 0,68, после проведения – Rb = 0,80.