UDK 61 Медицина. Охрана здоровья
GRNTI 76.35 Прочие отрасли медицины и здравоохранения
OKSO 32.02.01 Медико-профилактическое дело
BBK 511 Социальная гигиена и организация здравоохранения
TBK 5706 Социальная гигиена и организация здравоохранения
BISAC HEA000000 General
The adverse effect of vibration and noise on personnel continues to be an urgent problem in production and transport. For reliable protection, new materials with vibration and noise protection properties are being developed. The evaluation of vibration and noise protection properties of samples of vibration - proof materials were performed using an objective method and the method of zonal audiometry
vibration protection, noise absorption, tonal audiometry
Введение. Несмотря на определенные меры, принимаемые по борьбе с производственным шумом, инфразвуком и вибрацией, количество специалистов, страдающих от их неблагоприятного воздействия, продолжает с каждым годом увеличиваться [1, 2]. Средства индивидуальной защиты (СИЗ) от шума используются, когда технические средства борьбы с шумом не обеспечивают снижения его до безопасных уровней. При высоких уровнях звука необходима защита не только воздушного пути поступления звука в орган слуха, но и головы, чтобы уменьшить акустическую нагрузку на костный путь проведения звука. Для этого используется противошумный шлем. Это актуально для персонала, чья профессиональной деятельности связана с действием высокоинтенсивного шума (свыше 110 дБА) и шума, в спектре которого преобладают инфра- и низкочастотные акустические колебания с уровнем звукового давления свыше 100 дБ. Для повышения акустической эффективности противошумного шлема целесообразно использовать материалы, обладающие шумо- и вибропоглощением [3–5]. Однако не всегда стандартные методики оценки эффективности СИЗ соответствуют реальности [6, 7].
Цель: оценить виброзащитные и звукопоглощающие свойства образцов виброзащитных материалов.
Материалы и методы исследования. Исследование было проведено на 7 образцах, обладающих виброзащитными свойствами. Образцы MOD1, MOD3 и MOD4 выполнены на основе смеси бутадиен-нитрильных каучуков разных типов. Образцы MOD6 и MOD7 – на основе метилвинилсилоксанового каучука и метилстирольного полимера. Образец MOD2 состоит из двух слоев: жесткая структура слой 1 (MOD1) и мягкая структура слой 2 (MOD4). MOD5 состоит из смеси бутадиен-нитрильного каучука со средним содержанием боковых звеньев и хлоропренового каучука, обладающего высокой эластичностью (внутренней подвижностью молекул) (табл. 1).
Таблица 1 Удельная плотность образцов (кг/м3)
|
Образец |
MOD1 |
MOD2 |
MOD3 |
MOD4 |
MOD5 |
MOD6 |
MOD7 |
|
Удельная плотность |
1300 |
1200/1300 |
2200 |
1200 |
1300 |
2100 |
1300 |
Измерения виброизоляции образцов выполнялись посредством проведения замеров уровней виброускорений на вибростенде «Брюль и Къер» модели 4808. Один акселерометр был установлен на вибростенде, а второй на исследуемом образце. Материал на вибростенде и акселерометр на материале крепились посредством клеевого соединения. Комплекс «АСТест» фиксировал уровни виброускорений и проводил вычисление виброизоляции на представленных частотах на 3-х различных уровнях виброускорений, заданных на вибростенд. Измерения вибрационных характеристик выполнено у 4 образцов на частотах 63–4000 Гц.
Исследование звукопоглощающих свойств виброзащитных образцов методом тональной аудиометрии выполнялось на диагностическом аудиометре AD 229 в специально оборудованном помещении. Аудиологическое исследование производилось в соответствии с методическими рекомендациями [8]. В начале исследования определялись пороги восприятия звуков по воздушной проводимости на частоты в диапазоне 125–8000Гц, затем по костной проводимости на частоты в диапазоне 250–8000 Гц. Громкость регулировалась ступенчато с шагом в 5 дБ. В исследовании принимали участие 12 человек в возрасте от 19 до 32 лет мужчины и женщины.
При исследовании вибро- и шумозащитных свойств образцов использовали костный телефон-вибратор (КТВ) тонального аудиометра. В начале определяли пороги костной проводимости, а затем между сосцевидным отростком и костным телефоном-вибратором размещали образец и повторяли процедуру. Наушники при этом не снимались, воздушная маскировка не проводилась (определялась абсолютная костная проводимость). Оценку звукопоглощения образца материала оценивали в каждой октавной полосе от 250 до 8000 Гц по разности величин между аудиограммами [9]. Математическая обработка результатов осуществлялась онлайн калькулятором (medstatistic.ru).
Результаты экспериментальных исследований
Из табл. 2 следует, что все образцы обладают вибропоглощающими свойствами от 5,4 до 37,5 дБ. В области низких частот (63–250 Гц) вибропогложение минимальное (от 5,4 до 15,3 дБ); в области средних частот (500–1000 Гц) оно становится выше и колеблется от 14,9 до 17,1 дБ, а на высоких частотах (2000–4000 Гц) вибропоглощение достигает наибольших величин (10,8–37,6 дБ). В области низких и средних частот все исследуемые образцы практически обладают схожим вибропоглощением. В области высоких частот наибольшие величины у образцов МОD2 и МОD5. Образец МОD2 показал наилучшее поглощение практически во всех диапазонах.
Таблица 2 Результаты вибропоглощения (дБ) образцов.
|
Образец |
63 Гц |
125 Гц |
250 Гц |
500 Гц |
1 кГц |
2 кГц |
4 кГц |
|
МОD1 |
5,4 |
11,4 |
12,0 |
16,4 |
15,6 |
8,7 |
20,2 |
|
МОD2 |
5,8 |
11,2 |
15,3 |
22,0 |
17,1 |
14,0 |
36,8 |
|
МОD5 |
5,7 |
9,2 |
8,7 |
14,9 |
13,7 |
13,7 |
37,6 |
|
МОD6 |
6,6 |
11,2 |
13,2 |
16,8 |
10,8 |
15,0 |
24 |
Из табл. 3 следует, что все образцы обладают шумопоглощающими свойствами в области высоких частот на частоты (2000–8000 Гц) от 3 до 10 дБ. Образцы MOD5 и MOD7 кроме прочих обладают шумопоглощающими свойствами и на частоте 1000 Гц (1,5 и 4 дБ соответственно). В области низких и средних частот у всех образцов звукопоглощение отсутствует. На частоте 2000 Гц шумопоглощение незначительно (от 3 до 4,5 дБ) и наиболее выражено у образцов MOD4 и MOD7. На частоте 4000 Гц шумопоглощение у всех образцов увеличилось до 5,5–10 дБ. На частоте 8000 Гц менее выражено и находится в диапазоне 5,5–7,5 дБ. Наиболее высокие показания звукопоглощения у образца MOD7, а наиболее низкие у образца MOD1. Образец MOD2, который показал лучшее вибропоглощение, практически не выделяется в шумопоглощающих свойствах среди прочих образцов.
Таблица 3 Результаты исследования звукопоглощающих свойств (дБ) образцов методом тональной аудиометрии.
|
Образец |
250 Гц |
500 Гц |
1000 Гц |
2000 Гц |
4000 Гц |
8000 Гц |
|
MOD1 |
0 |
0 |
0 |
4,0±0,65 |
5,5±0,75 |
6,5±0,85 |
|
MOD2 |
0 |
0 |
0 |
3,5±0,68 |
8,0±0,9 |
6,5±1,0 |
|
MOD3 |
0 |
0 |
0 |
3,0±0,66 |
10,0±1,13 |
5,5±0,85 |
|
MOD4 |
0 |
0 |
0 |
4,5±0,75 |
9,0±0,97 |
7,0±0,9 |
|
MOD5 |
0 |
0 |
1,5±0,35 |
3,0±0,6 |
9,0±1,06 |
6,5±0,95 |
|
MOD6 |
0 |
0 |
0 |
3,0±0,68 |
9,5±1,12 |
7,5±1,09 |
|
MOD7 |
0 |
0 |
4,0±0,69 |
4,5±1,81 |
9,5±1,08 |
7,5±1,1 |
Обсуждение. Проведенные исследования показали, что виброзащитными свойствами на частотах 125–4000 Гц в лучшей степени обладает образец, состоящий из двухслойной системы (МОД2): грубых участков смеси 2-х бутадиен-нитрильных каучуков разных типов с большим содержанием боковых звеньев, и с меньшим содержанием боковых звеньев, придающих структуре жесткость и участков бутадиен-нитрильного каучука с большим содержанием боковых звеньев и с низким наполнением, создающих более мягкую систему, легко подвергающуюся нагрузкам. Близкие результаты получены у образца МОД5, изготовленного из материала, обладающего высокой эластичностью и относительно небольшой удельной плотностью (1300 кг/м3). Последний параметр образца идентичен таковому у МОД2. В табл. 4 представлены результаты корреляционной связи между удельной плотностью образцов и величиной вибропоглощения на разных частотах.
Таблица 4
|
Исследуемая |
Среднегеометрическая частота в октавной полосе, Гц |
||||||
|
63 |
125 |
250 |
500 |
1000 |
2000 |
4000 |
|
|
Удельная плотность |
0,943 |
0,289 |
0,217 |
- 0,156 |
- 0,859 |
0,508 |
- 0,425 |
Из табл.4 следует, что коэффициенты корреляции (r) между плотностью образцов и величиной вибропопоглощения имели разную степень связи. На частоте 63 Гц связь была прямой и высокой (r=0,943 p<0,05), на частоте 125 Гц – слабой и прямой (r=0,289 p>0,05), на частоте 500 Гц – слабой и обратной (r= -156 p>0,05), на частоте 1000 Гц – обратной и высокой (r= -0,859 p<0,05), на частоте 2000 – прямой и умеренной (r=0,508 p<0,05) и на частоте 4000 Гц – умеренной и обратной (r= -0,425 p<0,05).
Таким образом, установлено, что у образцов вибропоглощение достаточно хорошее на высоких частотах, особенно у образцов МОД2 и МОД5. На эффективность оказывает влияние сочетание 2-3-х материалов различной плотности. С уменьшением последнего параметра величина вибропоглощения на высоких частотах увеличивается. Образцы МОД2 и МОД5 можно использовать для усиления вибропоглощения или снижения вибрации на высоких частотах.
В табл. 5 приведен коэффициент корреляции (r) между плотностью образцов и величиной звукопоглощения. Анализ показал, что величина звукопоглощения на частоте 2000 Гц была обратной и умеренной (r= -0,667 p<0,05), на частоте 4000 Гц – прямой и умеренной (r= 0,557 p<0,05) и на частоте 8000 Гц – слабой и обратной (r= -0,275 p<0,05). Из этого следует, что плотность материала оказывает влияния на величину звукопоглощения. С уменьшением плотности поглощения звука на высоких частотах увеличивается [10].
Таблица 5
|
Исследуемая |
Среднегеометрическая частота в октавной полосе, Гц |
||
|
2000 |
4000 |
8000 |
|
|
Удельная плотность |
- 0,667 |
0,557 |
- 0,275 |
Таким образом, установлено, что представленные образцы обладают звукопоглощением только на высоких частотах. Величина поглощения не превышает 10 дБ, поэтому их нецелесообразно использовать при создании средств защиты от шума.
Заключение. Для оценки материалов, используемых для звуко- и вибропоглощения для средств защиты, необходимо использовать вибростенды, а для оценки звукопоглощения можно использовать не только объективный метод (с помощью микрофона), но и при необходимости субъективный метод (тональный аудиометр) [10, 11].
1. O sostoyanii sanitarno-epidemiologicheskogo blagopoluchiya naseleniya v Rossiyskoy Federacii v 2018 godu: Gosudarstvennyy doklad. M.: Federal'naya sluzhba po nadzoru v sfere zaschity prav potrebiteley i blagopoluchiya cheloveka, 2019. 254 s.
2. Sheshegov P.M. Usloviya truda aviacionnyh specialistov i professional'naya zabolevaemost' // Sistemnyy analiz v medicine» (SAM 2015): materialy IX mezhdunar. nauch. konf. Blagoveschensk, 2015. S. 167-172.
3. Profilaktika neblagopriyatnogo deystviya shuma na zdorov'e voennosluzhaschih (chast' vtoraya) / O.A. Balyk, P.M. Sheshegov, V.V. Haritonov i dr. // Voprosy oboronnoy tehniki. Tehn. sredstva protivodeystviya terrorizmu. Seriya 16. 2018. № 5-6 (119-120). S. 141-150.
4. Osnovnye napravleniya profilaktiki shumovoy patologii v Vooruzhennyh silah Rossiyskoy Federacii / Dvoryanchikov V.V., Ahmetzyanov I.M., Mironov I.V. i dr. // Vest. Ros. voen.-med. akad. 2018. №3 (63). S. 26-32.
5. Infrazvuk i nizkochastotnyy shum kak vrednye proizvodstvennye faktory / Slivina L.P., Kuklin D.A., Matveev P.V. i dr. // Bezopasnost' truda v promyshlennosti. 2020. №2. S. 24-30.
6. Problema real'noy effektivnosti individual'noy zaschity i privnosimyy risk dlya zdorov'ya rabotnikov (obzor literatury) / E.I. Denisov, T.V. Morozova, E.E. Adeninskaya, N.N. Kur'erov // Medicina truda i promyshlennaya ekologiya. 2013. №4. S. 18-25.
7. Dragan S.P. Sovremennye problemy ocenki akusticheskoy effektivnosti sredstv individual'noy zaschity // Sistemnyy analiz v medicine» (SAM 2016): materialy IX mezhdunar. nauch. konf. Blagoveschensk, 2016. S. 171-174.
8. Pis'mo Minzdrava Rossii ot 06.11.2012 №14-1/10/2-3508 «O napravlenii Metodicheskih rekomendaciy "Diagnostika, ekspertiza trudosposobnosti i profilaktika professional'noy sensonevral'noy tugouhosti».
9. Zinkin V.N., Sheshegov P.M. Vozmozhnosti tonal'noy audiometrii v opredelenii zvukopogloschayuschih svoystv materialov // Vest. otorinolaringologii. 2014. №6. S. 34-38.
10. Zinkin V. N., Sheshegov P. M. Tehnologiya issledovaniya zvukopogloschayuschey sposobnosti materialov na osnove tonal'noy audiometrii // Medicinskaya tehnika. 2014. №4. S. 43-47.
11. Sheshegov P.M. Metodicheskie podhody k ocenke effektivnosti ekstraaural'nyh sredstv zaschity // Zaschita ot povyshennogo shuma i vibracii: Sb. dokl. Vseros. nauch.-prakt. konf. s mezhdunarod. uchastiem. SPb., 2015. S. 552-565.
