Проблемы улучшения условий труда в стрелковых тирах на предприятиях машиностроительного комплекса

где yj – среднеожидаемый ранг j-го уровня, взвешенный по всем шести факторам; pi – коэффициент значимости для i-го из шести факторов; N – число факторов (N = 6); pi – величина значимости (вес) каждого фактора по правилу точечных оценок Фишберна, pi = 1; ij – ранг i-го фактора по своему j-ому уровню; M – число уровней факторов (M = 6); j – абсциссы максимумов функций принадлежности лингвистических переменных:

, (3)

CL – лингвистическая переменная «Условия труда».

5. Анализ полученных экспертом результатов.

Предложенный подход позволяет сравнивать условия труда работников, рабочие места которых аналогичны. В случае автоматизации оценки, можно, варьируя отдельные факторы (в рамках возможных планируемых улучшений), осуществлять наблюдение, оценку и прогноз за тенденцией изменения улучшаемых условий труда на рабочих местах.

Заключение, сформулированное в конце второй главы, содержит следующие пункты:

1. Обследования состояния условий труда были проведены на пяти предприятиях и организациях г. Тула, г. Ижевск, г. Вятские Поляны, г. Челябинск, при этом проанализировано 37 рабочих мест испытателей вооружения и стрелков.

2. Анализ условий труда позволил выявить, что для всех обследованных объектов доминирующим фактором, влияющим на условия труда, является импульсный шум высокой интенсивности, на многих рабочих местах зарегистрировано также превышение нормативных параметров по окиси углерода, соединениям ртути, тяжести, напряженности трудовой деятельности, величине КЕО (так как в тирах нет естественного освещения); показатели микроклимата находятся в норме.

3. Показатель «нагрузка на слуховой анализатор» принимает значение класса условий труда равное 3.2 в связи с низкой разборчивостью речи, связанной с восприятием на фоне работы других испытателей речевых сигналов, характеризующих характер неисправности изделий, несвоевременность восприятия которых увеличивает степень риска труда.

4. В воздух рабочей зоны при типовой серии испытаний выделяется 103,3 мг/м3 взвешенных веществ и 0,242 мг/м3 свинца и его неорганических соединений.

5. Для всех обследованных рабочих мест при одновременной и периодической стрельбе из 2-х и более единиц оружия фактические и расчетные уровни звука в зоне испытателя превышают предельно допустимый уровень в 75 дБА на 32–51 дБА, что соответствует классам условий труда на таких рабочих местах как 3.4 (вредные четвертой степени) и 4-ый, то есть опасные для жизни.

6. Тугоухость испытателей вооружения (кохлеарный неврит) имеет от слабой до умеренной степени выраженности в зависимости от стажа работы. Необходимость использования средств индивидуальной защиты, не допускающая пренебрежение ими, обусловлена высокими уровнями звукового давления.

7. Потери слуха по среднеарифметическим показателям их значений на звуковых частотах 500, 1000 и 2000 Гц зависят от стажа работы по линейному закону y = 0,443·x + 9,464 с уровнем достоверности аппроксимации R2 = 0,502.

8. Решение проблемы улучшения условий труда испытателей вооружения в стрелковых тирах необходимо достигать путем снижения шума на основе разработки средств коллективной защиты (шумозащитных материалов) с оценкой параметра, косвенно указывающего на улучшение степени разборчивости речи, а также рационального, обоснованного на основе фактических спектров шума, использования средств индивидуальной защиты.

9. Разработана методика экспресс-диагностики условий труда испытателей вооружения на основе нечетко-множественного подхода, позволяющая выполнять ранжирование работников на аналогичных рабочих местах по степени отклонения уровней вредных факторов от их нормативных значений.

Третья глава посвящена разработке инструментального обеспечения оценки эффективности шумозащитных конструкций. Разработана регистрирующе-измерительная система на основе запатентованной специальной реверберационной камеры для исследования звукопоглощения вакуумированных сотовых конструкций, изображенная на рис. 5. Использование данной системы также позволяет моделировать условия труда испытателей вооружения по шумовому фактору в условиях близкорасположенных поверхностей.

Анализ шумозащитных материалов резонансного типа показал, что одним из неисследованных их типов являются вакуумированные сотовые конструкции, изготовленные из упругого, податливого материала на основе, например, сотового бумажного заполнителя. Нет даже отдельных публикаций, хотя конструктивных модификаций шумозащитных материалов на основе резонаторов Гельмгольца достаточное количество. Такой тип конструкций относится к классу резонансных поглотителей, хотя, на самом деле понятие «резонансное звукопоглощение» здесь подразумевает поглощение в определенном интервале частот.

Для выполнения экспериментальных исследований эффективности разработанных конструкций при использовании их в качестве звукопоглощающих облицовок разрабатывается патентоспособный фазоинверторный ненаправленный источник звука. Одним из показателей, влияющим на повышение разборчивости речи, является время реверберации основного помещения тира.

Обоснование оценки этого параметра в данной работе для производственных тиров преследует две цели:

1) повышение степени разборчивости речи, то есть снижение нагрузки на слуховой анализатор при восприятии речевых сигналов при испытаниях спортивно-охотничьего оружия;

2) оценка эффективности использования шумозащитных конструкций на различных частотах.

Снижение времени затухания звука в помещении тира в результате его обработки звукопоглощающими конструкциями, оцениваемое по акустическим импульсам, приводит (на фоне импульсного шума от других работников) к снижению нагрузки на слуховой анализатор и повышению степени разборчивости речи, воспринимаемой контролером от испытателя и наоборот.

Рисунок 5. – Регистрирующе-измерительный комплекс

1 – компьютер с программой генерирования сигнала; 2 – специальная реверберационная камера; 3 – измерительный микрофон; 4 – шумомеры ВШВ 003-М2; 5 – компьютер с программой регистрации сигнала и его обработки

Разрабатываются теоретические основы исследования звукопоглощения вакуумированных сотовых конструкций с использованием ее физической модели, большей частью затрагивающих формирование резонансных частот на основе рассмотрения системы «объем резонатора – пластинка-картон – мембрана-пленка» в пределах одной сотовой ячейки (рис. 6). В основу положено, что статическая нагрузка, действующая на перфорированное основание сотовой ячейки, возникающая вследствие вакуумирования конструкции, приводит к увеличению центрального коэффициента упругости материала. Для определения собственных частот резонатора с мембраной в основу положено, что колебание основания резонатора вовлекает перемещение примыкающего слоя воздуха высотой 1 с площадью А, равной 1/3 площади основания сотовой ячейки.

Собственные частоты, измененные вследствие наличия затухания:

, Гц (4)

где – частота новых собственных колебаний, 2; 1,2 – коэффициент затухания.

Уравнение (4) показывает, что в рассматриваемой системе возникают две собственные частоты, каждая из которых характеризуется собственным коэффициентом затухания.

Для избыточного давления в объеме резонатора: (5) где V0 – объем резонатора, м3; 2 – перемещение мембраны пленки в перфорации, м; Sп – площадь перфорации, м2. Рисунок 6. Разрез вакуумированной сотовой конструкции: 1 – мембрана-пленка; 2 – кольцевая пластинка-картон; 3 – поверхность конструкции без вакуумирования; 4 – поперечное сечение (вид в плане) отдельной ячейки.

В ходе третьей главы решены следующие задачи:

1. Разработан измерительный комплекс на базе специальной реверберационной камеры, состоящий из персонального компьютера с сопряженным через специально разработанный адаптер шумоизмерительным прибором, позволяющий в реальном времени фиксировать измерения акустических импульсов камеры и отличающийся тем, что одновременно с записью цифровых сигналов позволяет выполнять калибровку их уровня в единицах децибел (по шуму).

2. Разработаны теоретические основы определения собственных частот максимального звукопоглощения вакуумированных сотовых конструкций на основе физической модели «объемный резонатор – пластинка-картон – мембрана-пленка», предполагающей, что изменение коэффициента упругости материала пропорционально изменению давления вакуума внутри конструкции.

Четвертая глава посвящена методическим основам проведения исследований. Согласно статистической модели реверберации в помещениях существует нижняя граница частоты, при которой определяемое значение времени реверберации будет иметь наименьший диапазон границ доверительного интервала при уровне значимости =0,05. Значение нижней границы накладывает ограничение на использование малых объемов для анализа шумозащитных материалов с использованием классического метода прерываемого шума, что особенно проявляется при анализе импульсных откликов в относительно узких октавных полосах, когда на результатах анализа сказывается сам цифровой фильтр. Поэтому для расширения диапазона исследования шумозащитных материалов в пространстве малого объема, соразмерного со стрелковой кабиной испытателей вооружения обоснованно предлагается использовать тестовый сигнал с экспоненциально возрастающей частотой и разрабатывается схема обработки получаемого акустического отклика. Результаты исследований, проведенных на кафедре «Безопасность жизнедеятельности» ИжГТУ, а также данные смежных исследований позволили сделать заключение об эффективности использования экспоненциальных сигналов для исследований звукопоглощения шумозащитных конструкций в специальной камере объемом 2 м3. Доказано, что применительно к решаемым в работе задачам, получаемый спектр реверберации тира способствует оценке его акустического комфорта до и после проведения шумозащитных мероприятий, а импульсный отклик исследуемого пространства с шумозащитным материалом при использовании сигналов с плавно изменяющейся частотой способен дать ценную информацию о звукопоглощающих свойствах материала особенно при частотном анализе.

Реализация данной методики при исследовании звукопоглощения сотовых конструкций привела к результатам, графически изображенным на рис. 7, на котором бледной линией показан график коэффициентов звукопоглощения, полученный методом прерываемого шума, черной линией – график коэффициентов звукопоглощения, полученный с использованием сигнала с изменяющейся частотой. При использовании такого сигнала существует меньший разброс значений определяемых коэффициентов звукопоглощения на основании сравнения границ доверительных интервалов при уровне значимости =0,05.

Для выявления более узкой полосы поглощения шумозащитных конструкций предложено использовать 1/4 и 1/5 октавный анализ для решения задачи повышения точности определения коэффициентов звукопоглощения материалов с одновременным получением искомой формы кривой звукопоглощения. Критерием, по которому исследование самой узкой частотной полосы, а, следовательно, и использование полосы фильтра становится некорректным, является выполнение следующего условия: произведение ширины полосы фильтра на время реверберации должно быть не менее 16.

Использование способа определения коэффициента звукопоглощения материалов позволяет выявить существование селективного звукопоглощения, и в конечном итоге в целом оценить их эффективность и наметить пути совершенствования конструктивных параметров для целей их применения в качестве средств коллективной защиты от шума.

	– средний коэффициент звукопоглощения при использовании метода прерываемого шума; – средний коэффициент звукопоглощения при использовании метода с экспоненциальным сигналом

Рисунок 7. – Сравнение кривых звукопоглощения, вычисленных

классическим и разработанным методом

В этой же главе определены условия и особенности проведения измерений значений уровней шума в экспериментальных исследованиях. Импульсы, генерируемые испытателями при выстрелах можно характеризовать как единичные импульсы с интервалом звучания более 0,2 с. Интервал между выстрелами составляет не менее 1,2 с, что соответствует скорострельности оружия 50 выстрелов в минуту. Экспериментальные исследования выполнялись в опытной кабине испытателя вооружения, специальной реверберационной камере и в соразмерном с тиром гулком помещении. Влияние всех источников, способных повлиять на точность, сводилось к минимуму. Исследования в специальной реверберационной камере проводились в ночное время. Разница между уровнями помех и уровнями шума в точке измерений была максимальной, более 10 дБ во всех октавных полосах, поэтому измеренные уровни шума не корректировались. В зависимости от условий измерялись следующие величины:

1. В реверберационной камере и опытной кабине испытателя вооружения с источником звука от стартового револьвера записывались мгновенные спектры звукового давления, так как преследовалась цель оценки либо времени реверберации, либо коэффициента звукопоглощения на ее основе. В качестве измерительной аппаратуры использовали измеритель шума и вибрации ВШВ-003-М2.

2. Для оценки эффективности снижения шума использованием средств индивидуальной защиты (на примере наушников «Peltor») и шумозащитных конструкций в опытной кабине испытателя вооружения при источнике импульсного шума от стартового револьвера выполнялась оценка уровня звука, дБА, в связи с техническими характеристиками наушников.

3. В опытной кабине испытателя вооружения со звуковыми импульсами для оценки эффективности шумозащиты определялись эквивалентные октавные уровни звукового давления без учета временной характеристики прибора SVAN-947.

Заключение по четвертой главе:

1. В действительных условиях показана возможность использования метода экспоненциального сигнала для получения импульсного отклика и последующего вычисления коэффициентов звукопоглощения конструкций в специальной реверберационной камере ограниченного объема для образцов площадью 1,5 м2. Представленная методика также применима для исследования реверберации помещения тира закрытого типа.

2. Впервые с использованием реализованного метода показано, что в условиях ограниченного объема и образцов шумозащитных материалов типа «Изолон®» малой площади можно осуществлять оценку звукопоглощения материалов с относительной ошибкой измерения в 2 % или более высокой точностью по сравнению с классическим методом. Относительная разница в величине коэффициентов звукопоглощения для материала «Изолон», вычисленная методом прерываемого шума и разработанным методом находится в пределах 16 %.

3. Представлен способ оценки селективного звукопоглощения применительно к разработанной системе, основанный на использовании 1/4 и 1/5 октавного анализа полосовыми фильтрами Баттерворта и позволяющий выполнять оценку звукопоглощения шумозащитных материалов резонансного типа в созданных условиях камеры, начиная со среднегеометрической частоты 575 Гц.

4. Приведена методика проектирования экспоненциальных сигналов, используемых в исследовании в качестве рабочих, необходимых для исследований эффективности шумозащитных конструкций и оценки реверберации в помещениях тиров.

В пятой главе выполнены экспериментальные исследования вакуумированных сотовых конструкций (рис. 8). Физический полнофакторный эксперимент проводился на созданных вакуумированных и невакуумированных сотовых конструкциях в условиях воздействия на них импульсного (от стартового револьвера) и постоянного шума (продолжительного звукового сигнала с изменяющейся частотой).

При обработке экспериментальных данных в качестве значимых факторов были выбраны: плотность материала, диаметр перфораций и толщина панели. Значимые факторы и их уровни отображены в табл. 2. Давление вакуума было постоянным.

В качестве уравнения регрессии принималась линейная модель без учета влияний факторов друг на друга. То есть общее уравнение выводилось в виде:

К = a0 + a1 + a2d + a3h, (6)

где все обозначения аналогичны указанным в табл. 2.

Обработка данных эксперимента проводилась регрессионным методом статистической обработки данных. Проверка значимости коэффициентов регрессионной модели производилась по величине их стандартных ошибок.

а) внутренняя структура конструкции

б) вакуумированная конструкция 1 – клапан; 2 – измерительный микрофон

Рисунок 8. – Шумопоглощающая сотовая конструкция

Полученные коэффициенты уравнений регрессии для вакуумированных конструкций в условиях постоянного шума представлены в табл. 3.

Таблица 2. Уровни и интервалы варьирования факторов

Наименование фактора	Кодовое обозначение	Уровни факторов			Интервал варьирования, Jв
		Верхний	Основной	Нижний
Плотность материала, г/м2		170	155	140	15
Диаметр перфораций, мм	d	12,10	9,55	7,00	2,55
Толщина панели, мм	h	33,50	29,60	25,70	3,9