Разработка методики оценки и выбора средств обеспечения нормативных акустических параметров в рабочих зонах участков формования железобетонных конструкций

Актуальность темы

исследований. В России область применения сборного железобетона остается весьма широкой во всех сферах строительного производства (стеновые панели, перекрытия, балки и т. д.). Дальнейший рост объемов производства в строительной отрасли в целом и сборного железобетона в частности предполагает увеличение мощности технологического оборудования, интенсификацию производственных процессов, что сопровождается увеличением интенсивности различного рода колебательных процессов и сопутствующих им уровней шума. При этом уровни шума на рабочих местах и рабочих зонах предприятий строительной индустрии и строительных площадок достигают значений, зачастую превышающих санитарно-гигиенические нормативы, что представляет собой непосредственную опасность для здоровья работающих, занятых в строительном производстве.

Основными негативными последствиями воздействия производственного шума в строительной отрасли выступают: снижение производительности труда, профзаболевания, повышенный уровень травматизма, текучесть кадров и др. В результате, борьба с производственным шумом остается важной технико-экономической и социально-гигиенической проблемой современного строительного производства. В соответствии с данными аттестации рабочих мест в строительной отрасли наблюдается значительное превышение уровня звукового давления для более 80% рабочих мест. А для предприятий по производству сборного железобетона, где особенности технологического процесса пока еще не позволяют исключить образование, а, следовательно, вредное воздействие шума на работающих, проблема борьбы с шумом является наиболее актуальной.

Основным технологическим оборудованием заводов по производству железобетонных конструкций являются формовочные виброплощадки с электромагнитным или пневматическим уплотнением бетонной смеси, обеспечивающие вертикально направленные колебания. Даже при исправных механизмах крепления формы уровни звукового давления в рабочих зонах таких виброплощадок достигают 110−115 дБ А, что значительно превышает санитарно-гигиенические нормативы. В этих случаях основной причиной повышенных среднеи высокочастотных звуковых колебаний виброплощадок выступает вибрация металлических конструкций и, в первую очередь, металлических форм. Если звуковые колебания, генерируемые подшипниками вибраторов, приводов, дебалансами и карданными валами, в какой-то мере можно изолировать с помощью кожухов и укрытий, то звуковую энергию формы с бетонной смесью подавить традиционными методами значительно труднее или практически невозможно. При этом основным методом снижения шума выступает его снижение непосредственно на источнике образования, т. е. создание малошумного технологического оборудования.

Таким образом, одним из важнейших направлений улучшения условий труда в формовочных цехах заводов ЖБК является снижение производственного шума и поэтому борьбе с производственным шумом уделяется постоянное внимание. Борьба с шумом в формовочных цехах ведется, в основном, после того, как оборудование установлено и эксплуатируется. Технологическое оборудование формовочного поста в целом и виброустановки, в частности, как источники производственного шума, исследованы недостаточно.

В настоящее время пока отсутствует единая научно обоснованная методика расчета и прогнозирования параметров процесса излучения шума конструктивными элементами виброустановок во взаимодействии с бетонной смесью. При этом детальное изучение особенностей физического механизма образования шума и его параметров позволит целенаправленно разработать и предложить комплекс мероприятий, направленных на повышение эффективности подавления шума. Аналитическое описание процесса излучения шума позволит оптимизировать технологические и акустические параметры технологического оборудования, что даст возможность предусматривать наиболее эффективные в конкретных производственных условиях мероприятия по снижению шума как на стадии проектирования формовочных цехов заводов ЖБК, так и при их эксплуатации.

Предметом исследований являются физические закономерности образования, излучения, распространения и подавления шума в рабочих зонах производственных помещений формовочных цехов заводов ЖБК.

Объектом исследований является виброформовочное оборудование формовочных цехов заводов ЖБК, создающее в рабочей зоне операторов дискомфортную акустическую обстановку.

Целью работы является обеспечение нормативных санитарно-гигиенических условий в рабочей зоне формовочных цехов заводов ЖБК за счет прогноза и повышения эффективности мероприятий по снижению шума как при эксплуатации, так и при проектировании формовочных цехов заводов ЖБК с учетом акустических характеристик виброформовочного оборудования.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

— проведен анализ акустической обстановки в рабочих зонах и оценена степень воздействия шума на работников формовочных цехов заводов ЖБК;

— исследованы процессы образования и снижения шума для условий эксплуатации виброустановок в формовочных цехах заводов ЖБК;

— проанализированы основные методы расчета параметров шума в рабочей зоне;

— выполнено математическое описание процессов образования и излучения шума, а также акустических параметров системы «металлическая опалубка — бетонная смесь»;

— разработана методика расчета акустической эффективности способов и средств снижения шума в рабочей зоне формовочных цехов заводов ЖБК с учетом физических свойств бетонной смеси;

— выполнены экспериментальные исследования акустической обстановки в рабочей зоне в том числе акустических свойств системы «металлическая опалубкабетонная смесь»;

— результаты исследований проверены на практике при эксплуатации и проектировании производственных цехов заводов ЖБК;

— предложены инженерные решения для снижения шума в рабочей зоне операторов виброуплотнительных установок формования сборных железобетонных изделий.

Идея работы заключается в научном обосновании и разработке методики расчета и прогнозирования параметров процесса излучения шума конструктивными элементами виброустановок формовочных цехов заводов ЖБК на основе учета особенностей их взаимодействия с бетонной смесью. На защиту выносятся следующие основные положения работы:

— акустические характеристики рабочих зон формовочных участков заводов ЖБК находятся в тесной взаимосвязи с параметрами конструктивного исполнения виброуплотняющего технологического оборудования, акустическими характеристиками металлической опалубки и физико-химическими свойствами бетонной смеси;

— метод расчета ожидаемых уровней звукового давления в рабочей зоне виброуплотняющей установки позволяет оптимизировать параметры и осуществить прогноз достигаемого санитарно-гигиенического эффекта защиты рабочих зон формовочных участков заводов ЖБК от шумового воздействия;

— параметрический анализ акустической эффективности процесса подавления шума позволяет определить пути дальнейшего совершенствования способов и средств борьбы с шумом в рабочих зонах формовочных участков заводов ЖБК с учетом особенностей конкретной производственно-технологической обстановки.

Достоверность научных положений диссертационной работы подтверждается использованием в исследованиях основополагающих законов фундаментальных наук, согласованностью научных выводов с результатами, представленными в предшествующих научных работах, научно-технической и патентной литературе, посвященных снижению шума в рабочих зонах предприятий стройиндустрии, высокой сходимостью результатов экспериментов, проведенных в лабораторных и промышленных условиях, с полученными аналитическими зависимостями (в пределах абсолютной погрешности ±12% при доверительной вероятности 0,95).

Научная новизна результатов работы заключаются в следующем:

— получены аналитические зависимости процесса образования шума при уплотнении бетонной смеси, позволяющие прогнозировать как частотный спектр звукового давления, так и эквивалентный уровень звукового давления в рабочей зоне с учетом технологических характеристик металлической опалубки и физических свойств бетонной смеси;

— уточнено математическое описание процесса излучения шума виброформовочного оборудования при формовании плоских железобетонных изделий на виброплощадках с учетом параметров взаимодействия их рабочих органов с бетонной смесью;

— разработан метод расчета акустической эффективности способов и средств снижения шума в рабочей зоне формовочных цехов заводов ЖБК на основе установленных зависимостей акустических характеристик виброформовочного оборудования от параметров их конструктивного исполнения.

Практическое значение работы заключается в том, что на основе уточненного математического описания процессов образования и излучения шума в рабочей зоне формовочных цехов заводов ЖБК:

— усовершенствована инженерная методика расчета акустической эффективности способов и средств снижения шума в рабочей зоне формовочных цехов заводов ЖБК с учетом физических свойств бетонной смеси, реализация которой позволяет обеспечивать требуемый по санитарно-гигиеническим нормам частотные и эквивалентный уровни звукового давления в рабочих зонахразработаны практические рекомендации по конструктивному усовершенствованию малошумных виброуплотняющих установок в зависимости от конкретных производственно-технологических условий. Для обеспечения нормативной акустической обстановки в рабочей зоне.

Автор выражает искреннюю благодарность д.т.н., проф. Беспалову В. И и д.т.н., проф. Страховой H.A. за постоянное внимание и советы, сделанные ими в течении всего времени работы над диссертацией, коллективу кафедры «Инженерная защита окружающей среды» ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет» за ценные советы и практические рекомендации, высказанные в процессе подготовки диссертации, а также сотрудникам Ростовского завода ЖБК и ООО «ЦЕНТР-СТРОЙ» за оказанную помощь в практической реализации предложенных автором разработок.

4.3. Выводы.

В результате выполненного этапа исследований, посвященного практическому использованию разработанных автором теоретических положений, решены следующие задачи:

1. Предложена усовершенствованная конструкция поддона металлической формы для уплотнения бетонных смесей на виброплощадках с вертикально-направленными колебаниями с пониженной частотой собственных колебаний, что обеспечивает при виброуплотнении снижение эквивалентных уровней звукового давления от 15 до 20 дБА на средних и высоких частотах.

2. Предложена усовершенствованная технологическая схема установки для формования многопустотных строительных изделий, которая помимо улучшения качества изделий и снижения энергоемкости их производства позволяет улучшить акустическую обстановку и условия труда в рабочей зоне формовщиков предприятий по производству железобетонных изделий на 10−30 дБА.

3. В случае невозможности применения активных методов улучшения шумового режима или их недостаточности результаты реализации предложенной автором методики позволяют осуществить выбор пассивных способов снижения шума — звукоизоляцию или звукопоглощение.

Таким образом, результаты внедрения доказывают практическую значимость методики, разработанной с учетом возможности прогнозирования акустических характеристик виброформовочного оборудования. Практически во всех случаях расчетные значения уровней звукового давления не отличались более чем на 3−4 дБА от результатов натурных измерений в рабочих зонах при использовании разработок автора.

Учитывая, что одним из основных вредных производственных факторов в формовочных цехах является шум, то его устранение позволило добиться значительного улучшения условий труда в целом.

Следует также отметить, что усовершенствование производственного оборудования на основе полученных теоретических закономерностей изменения акустических характеристик от конструктивных параметров этого оборудования помимо основной задачи — снижения шума, позволяет также снизить металлоемкость и энергоемкость установок, добиться экономии пара и цемента, а также повысить качество выпускаемых изделий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований достигнута конечная цель диссертационной работы — обеспечены нормативные санитарно-гигиенические условия в рабочей зоне формовочных цехов заводов ЖБИ за счет прогноза и повышения эффективности мероприятий по снижению шума как при эксплуатации виброустановок, так и на стадии их проектирования. При этом основной идеей работы являлось научное обоснование методики расчета акустической эффективности способов и средств снижения шума в рабочей зоне формовочных цехов заводов ЖБК с учетом физических свойств бетонной смеси.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие задачи:

1. Проведен анализ акустической обстановки в рабочих зонах и оценена степень воздействия шума на работников формовочных цехов заводов ЖБК. Выявлено, что одной из основных причин неудовлетворенного состояния условий труда при изготовлении сборного железобетона является интенсивный шум, который воздействуя на центральную нервную систему работающего, повышает его утомляемость, что нередко становится причиной несчастных случаев и снижения производительности труда. Вредное воздействие шума приводит к профессиональным заболеваниям, влияет на психическое состояние работающих. Поэтому обеспечение акустической безопасности является важнейшей задачей по оздоровлению условий труда в формовочных цехах.

2. Исследованы процессы образования и снижения шума для условий эксплуатации виброустановок в формовочных цехах заводов ЖБК при уплотнении бетонной смеси в металлических формах. Установлено, что уровень излучаемого шума при формовании плоских железобетонных изделий зависит от конструктивного исполнения и виброакустических параметров металлической формы с бетонной смесью.

3. Проанализированы основные методы расчета параметров шума.

4. Выполнено математическое описание процессов образования и излучения шума, а также акустических параметров системы «металлическая опалубкабетонная смесь». Установлена закономерность динамического взаимодействия металлической опалубки и бетонной смеси с использованием теории волновых процессов в бетонной смеси, а также фундаментальных функций колебаний призматических стержней. Установлена степень влияния бетонной смеси на поток звуковой энергии от обшивки металлической формы. Основной функцией коэффициента влияния бетонной смеси при формовании плоских железобетонных изделий является высота бетонного столба, степень влияния которого на изгибные колебания падает с ростом жесткости обшивки.

5. Теоретические разработки подтверждены результатами экспериментальных исследований акустических свойств системы «металлическая опалубка — бетонная смесь» и зависимости от этих свойств уровня звукового давления в рабочей зоне оператора виброуплотнительной установки с достаточно высокой сходимостью в пределах максимальной относительной погрешности измерений Д= ± 12% при доверительной вероятности р = 0,95.

6. Разработана методика расчета акустической эффективности способов и средств снижения шума в рабочей зоне формовочных цехов заводов ЖБК с учетом физических свойств бетонной смеси, основанная на аналитических зависимостях, полученных в результате теоретических исследований и позволяющая решать задачи по снижению шума в рабочих зонах операторов как от действующего виброформовочного оборудования, так и для вновь проектируемых формовочных постов, используя параметры, не требующие предварительного экспериментального определения, с учетом физических свойств бетонной смеси.

7. Результаты исследований проверены и подтверждены на практике при эксплуатации и проектировании оборудования для уплотнения бетонных смесей, в результате чего:

— предложена усовершенствованная конструкция поддона металлической формы для уплотнения бетонных смесей на виброплощадках с вертикально-направленными колебаниями с пониженной частотой собственных колебаний, что обеспечивает при виброуплотнении снижение эквивалентных уровней звукового давления от 15 до 20 дБА на средних и высоких частотах;

— предложена усовершенствованная технологическая схема установки для формования многопустотных строительных изделий, которая помимо улучшения качества изделий и снижения энергоемкости их производства позволяет улучшить акустическую обстановку и условия труда в рабочей зоне формовщиков предприятий по производству железобетонных изделий на 10−30 дБ А, что позволило обеспечить на ЗАО «Ростовский завод ЖБК» и ООО «ЦЕНТР-СТРОИ» г. Ростова-на-Дону санитарно-гигиенический эффект за счет обеспечения акустической безопасности на рабочем месте формовщиков социальный, а также экономический эффект за счет снижения экономических потерь от нетрудоспособности работников в результате воздействия шума, экономии основных и расходных материалов, который для рассматриваемых предприятий составил 108 тысяч рублей в год (по состоянию на 2011 г.).