Применение штучного звукопоглотителя для снижения воздействия шума на работников молокоперерабатывающей отрасли на примере промышленных предприятий Республики Мордовии

Полный текст

Введение Стремительное развитие техники и появление современных технологий привело к образованию акустических полей на предприятиях. Повышенный уровень шума становится все более определяющим среди экологических факторов различных стран, об этом свидетельствуют многочисленные исследования [1]. В современной промышленности присутствуют рабочие места с повышенным уровнем производственного шума, который оказывает негативное влияние на человека, а также на его производительность труда. Согласно статистическим данным неблагоприятное воздействие шума наблюдается в авиастроении, машиностроении, черной металлургии, деревообрабатывающей отрасли, пищевой промышленности [2-7] и т. д. В рамках исследования нас интересует защита от шума работников пищевой промышленности, а именно молокоперерабатывающей отрасли. Молокоперерабатывающая отрасль является одной из ключевых отраслей экономики страны, объединяющая более 2000 предприятий. Основную работу на предприятиях данного типа выполняют женщины, число которых составляет до 80 % от общего числа работающих [5]. Условия труда на объектах молокоперерабатывающей отрасли являются неблагоприятными, данному вопросу посвящено множество исследований [3; 5; 6]. Основную нагрузку оказывают вредные производственные факторы, к числу которых относятся шум, микроклимат, загрязнение рабочей зоны пылью, значительные физические нагрузки и т.д. Приведенные факторы вызывают профессиональную заболеваемость у работников, а также снижают работоспособность. Условия труда основных профессиональных групп работников молокоперерабатывающей отрасли РФ представлены в табл. 1. Таблица 1. Условия труда основных профессиональных групп работников молокоперерабатывающей отрасли РФ Основные профессиональные группы работников Классы условий труда в зависимости от интенсивности вредного производственного фактора По эквивалентному уровню шума По среднесменной концентрации пыли По относительной влажности воздуха Аппаратчик пастеризации и охлаждения молока 3,1 (89 дБ) 2 (0,4 мг/м3) 2-3,1 (48-78%) Аппаратчик производства сухого молока 3,2 (102 дБ) 3,1 (2,8 мг/м3) 2 (23-48%) Операторы линии разлива молока в бутылки 3,1 (84 дБ) 2 (0,4 мг/м3) 2 (23-48%) Фасовщик сухого молока 3,1 (84 дБ) 3,3 (26,7 мг/м3) 2 (2-48%) Table 1. Working conditions of the main professional groups of workers in the dairy industry of the Russian Federation The main professional groups of workers Classes of working conditions depending on the intensity of the harmful production factor According to the equivalent noise level According to the average shift concentration of dust By relative humidity Milk pasteurization and cooling operator 3.1 (89 dB) 2 (0.4 mg/m3) 2-3.1 (48-78%) Powdered milk production operator 3.2 (102 dB) 3.1( 2.8 mg/m3) 2 (23-48%) Milk bottling line operators 3.1 (84 dB) 2 (0.4 mg/m3) 2 (23-48%) Powdered milk packer 3.1 (84 dB) 3.3 (26.7 mg/m3) 2 (2-48%) Несмотря на высокую автоматизацию отрасли, на производстве достаточно широко используется ручной труд, который сопровождается плотным контактом оператора с технологическим оборудованием. Выполнение трудовых обязанностей на производственных участках связано прежде всего с настройкой технологического оборудования, а также выполнением зрительных операций. Таким образом, защита от шума на предприятиях молокоперерабатывающей отрасли является актуальной задачей современности, которая требует вмешательства со стороны науки. Воздействие шума на организм человека Действие шума на организм человека проявляется по-разному и зависит от возраста, состояния здоровья, характера труда, физического, а также душевного состояния. Воздействие шума усиливается, если на человека оказывает дополнительное влияние неблагоприятный климат, вибрация, химические вещества и биологические. В настоящее время накоплены многочисленные данные, позволяющие судить о воздействии шума на органы слуха [2-4; 7]. Шум оказывает негативное воздействие не только на органы слуха, но и на весь организм в целом, как общебиологический раздражитель. На рис. 1 показаны зоны наибольшего действия шума на органы человека. Анализируя вышесказанное, можно отметить, что необходимо осуществлять защиту не только органов слуха, но и внутренних органов человека. Еще одним немаловажным аспектом действия шума на человека является снижение трудовой функции [7]. Рис. 1. Зоны наибольшего воздействия шума на человека Источник: составлено автором по: URL: https://www.metrotownphysio.com/wp-content/uploads/2015/03/patient-education.jpg (дата обращения: 15.02.2022) Чертеж - АНГЛ Figure 1. Areas of greatest human exposure to noise Source: compiled by the author: Available from: https://www.metrotownphysio.com/wp-content/uploads/2015/03/patient-education.jpg (accessed: 15.02.2022) Методы и результаты исследования Измерения уровня шума выполнялись в Республике Мордовии (РМ) на молокоперерабатывающем предприятии с использованием шумомера «Ассистент». Подробное обоснование выбора данного шумомера описано в [7]. Производство готовой продукции из молока на молокоперерабатывающем предприятии осуществляется в отдельных цехах с независимым технологическим оборудованием и рабочими местами. Все цеха, на которых проводились измерения, имеют небольшую площадь и объем, с высокой плотностью технологического оборудования, что сильно сказывается на уменьшении коэффициента свободного пространства. Выполненные исследования условий труда на молокоперерабатывающем предприятии показали, что в ряде цехов на рабочем месте наблюдается превышение эквивалентного уровня шума. Цель работы - оценка действия повышенного уровня шума на работников молокоперерабатывающей отрасли с последующей разработкой инженерно-технического решения по обеспечению защиты от шума. Расчет эквивалентного уровня звука за восьмичасовой рабочий день осуществляется согласно ГОСТ ISO 9612-2016[5]. Анализ рабочей обстановки показал следующее: - Работники подвергаются приблизительно одинаковому действию шума по цехам. - За время рабочего дня в соответствии с технологическими операциями выявляются все существующие источники шума, а условия их образования являются постоянными. - Уровень шума с кратковременными действиями по всему рабочему дню отсутствует. Исходя из вышесказанного следует, что наиболее подходящей стратегией измерения для данного технологического процесса является стратегия на основе трудовой функции. Основным фактором выбранной стратегии измерения выступала шумовая обстановка, которая практически не изменялась во время всего рабочего дня. Измерения на молокоперерабатывающем предприятии проводились следующим образом: первое измерение с 800 до 845; второе измерение с 900 до 1015; третье измерение с 1100 до 1145; четвертое измерение с 1230 до 1315; пятое измерение с 1420 до 1505; шестое измерение с 1610 до 1655; седьмое измерение с 1740 до 1825; восьмое измерение с 1915 до 2000. Результаты расчета эквивалентного уровня звука и эквивалентного уровня шума за восьмичасовой рабочий день, а также класс условий труда представлены в рис. 2-7. Маслодел (маслодельный цех) Эквивалентный уровень звука Эквивалентный уровень шума (дБ) за восьмичасовой рабочий день Класс условий труда 86,4 3.2 Рис. 2. Эквивалентный уровень звука и эквивалентный уровень шума за восьмичасовой рабочий день, а также класс условий труда маслодела (Маслодельный цех) Maslodel (Butter Factory) Equivalent sound level Equivalent noise level (dB) over an eight-hour workday working day Working condition class 86,4 3.2 Figure 2. Equivalent sound level and equivalent noise level for an eight-hour working day, and the class of working conditions for a butter worker (Butter Factory) Сыродел (цех по производству сыра жирного) Эквивалентный уровень звука Эквивалентный уровень шума (дБ) за восьмичасовой рабочий день Класс условий труда 86,5 3.2 Рис. 3. Эквивалентный уровень звука и эквивалентный уровень шума за восьмичасовой рабочий день, а также класс условий труда сыродела (цех по производству сыра жирного) Cheese maker (fat cheese shop) Equivalent sound level Equivalent noise level (dB) for an eight-hour work day Working condition class 86,5 3.2 Figure 3. Equivalent sound level and equivalent noise level for an eight-hour working day, as well as the class of working conditions for the cheese maker (fat cheese shop) Формовщик сыры (цех по производству сыра жирного) Эквивалентный уровень звука Эквивалентный уровень шума (дБ) за восьмичасовой рабочий день Класс условий труда 86,0 3.2 Рис. 4. Эквивалентный уровень звука и эквивалентный уровень шума за восьмичасовой рабочий день, а также класс условий труда формовщика сыра (цех по производству сыра жирного) Cheese shaper (fat cheese shop) Equivalent sound level Equivalent noise level (dB) for an eight-hour work day Class of working conditions 86,0 3.2 Figure 4. Equivalent sound level and equivalent noise level for an eight-hour working day, as well as the class of working conditions of the molder of cheese (shop for the production of fat cheese) Оператор по розливу молочных продуктов в пленку Эквивалентный уровень звука Эквивалентный уровень шума (дБ) за восьмичасовой рабочий день Класс условий труда 84,8 3.1 Рис. 5. Эквивалентный уровень звука и эквивалентный уровень шума за восьмичасовой рабочий день, а также класс условий труда оператора по розливу молочных продуктов в пленку Operator for bottling dairy products in foil Equivalent sound level Equivalent noise level (dB) for an eight-hour work day Class of working conditions 84,8 3.1 Figure 5. Equivalent sound level and equivalent noise level for an eight-hour working day, as well as the class of working conditions of the operator on filling dairy products into the film Оператор по фасовке масла и творога Эквивалентный уровень звука Эквивалентный уровень шума (дБ) за восьмичасовой рабочий день Класс условий труда 86,8 3.2 Рис. 6. Эквивалентный уровень звука и эквивалентный уровень шума за восьмичасовой рабочий день, а также класс условий труда оператора по фасовке масла и творога Butter and cottage cheese filling operator Equivalent sound level Equivalent noise level (dB) for an eight-hour work day Class of working conditions 86,8 3.2 Figure 6. Equivalent sound level and equivalent noise level for an eight-hour working day, as well as the class of working conditions for a butter and cottage cheese filling operator Оператор центральной мойки (СИП МОЙКА) Эквивалентный уровень звука Эквивалентный уровень шума (дБ) за восьмичасовой рабочий день Класс условий труда 81,4 3.1 Рис. 7. Эквивалентный уровень звука и эквивалентный уровень шума за восьмичасовой рабочий день, а также класс условий труда оператора центральной мойки (СИП МОЙКА) Central washer operator (CIP washer) Equivalent sound level Equivalent noise level (dB) for an eight-hour work day Class of working conditions 81,4 3,1 Figure 7. Equivalent sound level and equivalent noise level for an eight-hour workday, as well as the class of working conditions for the central washing machine operator (CIP washer) Анализ табличных данных показал, что превышение уровня звукового давления и эквивалентного уровня звука наблюдается на всех рабочих местах в диапазоне частот от 500 до 8000 Гц. Согласно выполненным исследованиям, шум в молокоперерабатывающих предприятиях создается рабочим оборудованием. Высокие санитарно-гигиенические требования, предъявляемые к цехам данной отрасли, предполагают использовать в качестве отделочного материала твердые, гладкие поверхности. В цехах молокоперерабатывающего предприятия существует прямой звук, идущий от источника шумообразования и отраженный от ограждающих поверхностей помещений. Таким образом, шум, исходящий от оборудования, имеет сложный характер. Все вышеизложенное еще раз доказывает, что снижение уровня шума позволит уменьшить производственный травматизм и профессиональную заболеваемость и повысить работоспособность операторов молокоперерабатывающей отрасли. В молокоперерабатывающей отрасли, при выполнении своей трудовой обязанности, работник находится в плотном контакте с технологическим оборудованием, поэтому применение средств защиты от шума на пути распространения невозможно. Таким образом, наиболее подходящим способом борьбы с шумом является применение штучного звукопоглотителя. Для молокоперерабатывающего предприятия разработан звукоподавляющий штучный звукопоглотитель (рис. 8) с требуемыми санитарно-гигиеническими свойствами, на который получен патент на полезную модель [8]. Сущность звукоподавляющего штучного звукопоглотителя показана на рис. 8-9, где на рис. 8 дан общий вид поглотителя с разрезом; на рис. 9 изображена единичная часть ячеистой панели, из которой состоит звукоподавляющий штучный звукопоглотитель с ячеистой сеткой. Звукоподавляющий штучный звукопоглотитель (рис. 8) представляет собой конструкцию, состоящую из ячеистой панели 5, сверху к которой крепится на клеевой основе верхняя перфорированная пластина 2, а снизу - сплошная пластина 3. Диаметры отверстий 4 пластины 2 могут быть различными. На внешнюю сторону верхней пластины 2 крепится на клеевой основе ячеистая сетка 3, изготовленная из эластичного материала. Сетка 3 покрыта пленкой 1 для обеспечения необходимых санитарно-гигиенических требований. Чертеж 22 Рис. 8. Звукоподавляющий штучный звукопоглотитель: Общий вид: 1 - пленка; 2 - перфорированная пластина; 3 - сетка; 4 - отверстия в пластине; 5 - ячейки; 6 - элемент крепления / Figure 8. Sound-canceling piece sound attenuator: General view: 1 - film; 2 - perforated plate; 3 - mesh; 4 - holes in the plate; 5 - cells; 6 - fixing element Рис. 9. Единичная часть ячеистой панели: 1 - перфорированная пластина; 2 - сетка; 3 - отверстия в пластине; 4 - сплошная пластина; 5 - отверстия в гранях пустотелых ячеек; 6 - пленка; 7 - ячейки / Figure 9. The unit part of the mesh panel: 1 - perforated plate; 2 - mesh; 3 - holes in the plate; 4 - solid plate; 5 - holes in the faces of hollow cells; 6 - film; 7 - cells Звукоподавляющий штучный звукопоглотитель работает следующим образом. Звуковые волны, распространяясь от источника излучения звука, падают на пленку 6, они частично отражаются, поглощаются и проходят сквозь нее. Во время звуковых колебаний, пленка 6, расположенная на поверхности, не касается краев отверстий 3, расположенных на верхней перфорированной пластине 1. За счет резонансных свойств и диссипативных потерь в ячейках и воздушных прослойках происходит частичное поглощение звуковых волн. На боковых гранях ячеек 7 располагаются отверстия 5, которые способствуют равномерному распределению сил инерции, упругости и трения воздушных масс во внутреннем пространстве ячеистой панели. Необходимо также отметить, что ячейки 7 выполнены таким образом, что звук, попавший на них, частично отражается, частично поглощается и проходит сквозь грань ячейки. При этом грань ячейки 7 выполнена таким образом, что отраженная звуковая энергия обеспечивает формирование встречных звуковых потоков с противофазой, получая тем самым эффект подавления звуковой энергии. В зависимости от настройки системы в воздушных прослойках происходит высокочастотное затухание, а в системах резонаторов (ячеек) - низкочастотное затухание, поэтому с учетом звукопоглощения каркасом всей панели достигается максимально широкая полоса шумопоглощения. Часть волновой энергии поглощается также и при прохождении звука через пленку 6. Применение звукоподавляющих штучных звукопоглотителей в производственных помещениях молокоперерабатывающего предприятия позволило снизить уровень шума до нормативных значений. Результаты снижения действия шума в цехах молокоперерабатывающего комплекса представлены в табл. 2. Таблица 2. Результаты снижения шума на рабочем месте операторов молокоперерабатывающей отрасли путем применения звукоподавляющих штучных звукопоглотителей Наименование цеха Уровень шума до использования шумозащитных мероприятий Уровень шума после использования шумозащитных мероприятий Класс условий труда До применения шумозащитных мероприятий После применения шумозащитных мероприятий Маслодел (маслодельный цех) 86,4 79,2 3.2 2 Сыродел (цех по производству сыра жирного) 86,5 79,6 3.2 2 Формовщик сыра (цех по производству сыра жирного) 86,0 79,1 3.2 2 Оператора по разливу молочных продуктов в пленку 84,8 78,3 3.1 2 Оператор по фасовке масла и творога 86,8 79,7 3.2 2 Оператора централизованной мойки (СИП МОЙКА) 81,4 74,3 3.1 2 Table 2. Results of noise reduction in the workplace of dairy operators through the use of sound-absorbing piece-type sound attenuators Shop name Noise levels before the use of noise protection measures Noise level after the use of noise protection measures Class of working conditions Before the application of noise protection measures After the application of noise protection measures Dairyman (dairy plant) 86.4 79.2 3.2 2 Cheese maker (fat cheese shop) 86.5 79.6 3.2 2 Cheese molder (fat cheese shop) 86.0 79.1 3.2 2 Operator in the bottling of dairy products in the film 84.8 78.3 3.1 2 Butter and cottage cheese filling operator 86.8 79.7 3.2 2 Centralized washing operator (CIP washer) 81.4 74.3 3.1 2 Из данных табл. 2 можно заметить, что применение звукоподавляющих штучных звукопоглотителей позволит снизить воздействие шума на органы человека, что улучшит условия труда по шуму с вредного класса до допустимого. Заключение 1. Исследование условий труда на молокоперерабатывающих предприятиях РМ показало, что превалирующим вредным фактором является повышенный уровень шума. Превышение нормативных значений наблюдается в диапазоне частот от 500 до 8000 Гц. 2. Установлено, что эквивалентный уровень шума для операторов молокоперерабатывающего предприятия РМ за восьмичасовой рабочий день составил: для маслодела - 86,4 дБ; для сыродела - 86,5 дБ; для формовщика сыра - 86,0 дБ; для оператора по разливу молочных продуктов в пленку - 84,8 дБ; для оператора по фасовке масла и творога - 86,8 дБ; для оператора централизованной мойки (СИП МОЙКА) - 81,4 дБ. 3. Согласно проведенным исследованиям было разработано и обосновано научное решение, направленное на защиту работников от воздействия повышенного шума. Данным решением является звукоподавляющий штучный звукопоглотитель, на который получен патент на полезную модель. 4. Исследования показали, что применение звукоподавляющего штучного звукопоглотителя позволит улучшить условия труда операторов холодной штамповки с вредного класса до допустимого.

Об авторах

Александр Николаевич Скворцов

Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва»

Автор, ответственный за переписку.
Email: squortsow.sasha@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2093-1094

кандидат технических наук, доцент кафедры безопасности жизнедеятельности института механики и энергетики

Российская Федерация, 430005, Республика Мордовия, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68

Список литературы