Chống tiếng ồn và rung động trong sản xuất

1. Những khái niệm chung
1.1. Tiếng ồn
Tiếng ồn là tập hợp những âm thanh khác nhau về cường độ và tần số không có nhịp gây cho con ngươì cảm giác khó chịu.

Về mặt vật lý, âm thanh là dao động sóng của môi trường đàn hồi gây ra bởi sự dao động của các vật thể. Không gian trong đó có sóng âm lan truyền gọi là trường âm.

Áp suất suất âm p là áp suất dư trong trường âm (đơn vị là dyn/cm² hay là bar.)

Cường độ âm I là số năng lượng sóng âm truyền qua diện tích bề mặt 1cm², vuông góc với phương truyền sóng trong một giây (đơn vị là erg/cm².s hoặc w/cm²).

Cường độ âm và áp suất âm liên hệ với nhau qua biểu thức:

Trong đó r là mật độ của môi trường (g/cm³)

Trong không gian tự do cường độ âm I tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách r đến nguồn âm:

Trong đó I_r là cường độ âm cách nguồn điểm một khoảng r.

Tai chúng ta tiếp nhận âm nhờ dao động của áp suất âm. áp suất âm tỷ lệ với biến đổi cường độ âm nhưng trong khi cường độ âm I biến đổi n lần thì áp suất âm biến đổi n lần.

Để đánh giá cảm giác nghe, chỉ những đặc trưng vật lý của âm là chưa đủ vì tai chúng ta phân biệt cảm giác nghe không theo sự tăng tuyệt đối của cường độ âm (hay áp suất âm) mà theo sự tăng tương đối của nó. Cũng vì thế người ta không đánh giá cường độ âm và áp suất âm theo đơn vị tuyệt đối mà theo đơn vị tương đối và dùng thang logarit thay cho thang thập phân để thu hẹp phạm vi trị số đo. Khi đó ta có mức cường độ âm đo bằng đêxiben (ký hiệu dB):

Trong đó:

- I - Cường độ âm

- I_o - Cường độ âm ở ngưỡng nghe được hay còn gọi là mức không.

Mức không I_o là mức cường độ âm tối thiểu mà tai người cảm nhận được, tuy nhiên ngưỡng nghe được thay đổi theo tần số.

Tương tự ta có mức áp suất âm:

Trong đó  P_o là ngưỡng quy ước 2.10^-5 N/m².

          Mức công suất âm:

Trong đó W_o là ngưỡng không hay ngưỡng quy ước W_o =10^-12.

Như vậy khi âm thanh có áp lực bằng 2.10^-5 N/m² hay cường độ I_o = 10^-12 w/m² thì có mức âm bằng 0 dB.

Vận tốc lan truyền sóng âm c (m/s) có mối quan hệ với tần số âm f (Hz), bước sóng âm ở, biên độ y qua công thức:

c = λ.f  (m/s).

Vận tốc lan truyền sóng âm phụ thuộc vào các tính chất và mật độ môi trường.

Ví dụ ở nhiệt độ 0^oC vận tốc sóng âm trong không khí là 330 m/s, trong nước là 1.440m/s, trong thép, nhôm, thủy tinh là 5.000 m/s, trong đồng 3.500m/s, trong cao su 40¸50m/s.

Dao động âm mà tai nghe được có tần số từ 16¸20kHz. Giới hạn này ở mỗi người không giống nhau, tùy theo lứa tuổi và cơ quan thính giác.

Dao động âm có tần số dưới 16Hz gọi là hạ âm tai người không nghe được và dao động âm có tần số trên 20kHz gọi là siêu âm (tai người cũng không nghe được).

Người ta nhận thấy rằng độ nhạy cảm của tai tăng dần khi tần số âm tăng lên còn mức áp suất âm và mức to thực tế có trị số như nhau trong phạm vi tần số từ 500¸2000Hz 
1.2. Các loại tiếng ồn

Trong thực tế tùy theo quan điểm phân loại người ta phân ra nhiều loại tiếng ồn khác nhau:

* Tiếng ồn theo thống kê: là loại tiếng ồn do tổ hợp hỗn loạn các âm khác nhau về cường độ và tần số trong phạm vi từ 500¸2.000Hz.

* Tiếng ồn có âm sắc: là loại tiếng ồn có âm đặc trưng.

* Tiếng ồn theo đặc tính: đây là loại tiếng ồn do đặc trưng tạo tiếng ồn gây ra trong đó được phân ra nguồn tạo tiếng ồn bao gồm các loại sau:

- Tiếng ồn cơ học: sinh ra do sự chuyển động của các chi tiết hay bộ phận máy móc có khối lượng không cân bằng ví vụ tiếng ồn của máy phay, trục bị rơ mòn...

- Tiếng ồn va chạm: sinh ra do một số quy trình công nghệ, ví dụ: rèn dập, nghiền đập…

- Tiếng ồn khí động: sinh ra khi không khí, hơi chuyển động với vận tốc cao, như động cơ phản lực, máy nén khí, máy hơi nước...

- Tiếng nổ hoặc xung: sinh ra khi động cơ đốt trong làm việc...

* Tiếng ồn theo dải tần số: tùy thuộc vào tần số âm, tiếng ồn được ra các loại:

- Tiếng ồn tần số cao:                         khi  f > 1.000 Hz

- Tiếng ồn tần số trung bình                khi  f = 300¸1.000Hz

- Tiếng ồn tần số thấp:                        khi  f < 300 Hz

Sau đây là các trị số gần đúng về mức ồn của một số nguồn:

+ Tiếng ồn va chạm:

Xưởng rèn:                                        98 dB

Xưởng đúc:                                     112 dB

Xưởng gò, tán:                                113¸117 dB

+ Tiếng ồn cơ khí:

Máy tiện:                                           93¸96 dB

Máy bào :                                          97 dB

máy khoan:                                      114 dB

Máy đánh bóng;                               108 dB

+ Tiếng ồn khí động:

Môtô:                                               105 dB

Máy bay tuốc bin phản lực:               135 dB

Trong các phân xưởng có nhiều nguồn gây ồn thì mức ồn không phải là mức ồn tưng nguồn cộng lại. Mức ồn tổng cổng cộng ở một điểm cách đều nhiều nguồn được xác đinh theo công thức sau:

L_Σ = L₁ + 10.lgn (dB)

Mức ồn tổng cộng được đo theo thang A của máy đo tiếng ồn gọi là mức âm dBA. 
1.3. Rung động

Khi các máy móc và động cơ làm việc không chỉ sinh ra các dao động âm tai ta nghe được mà còn sinh ra các dao động cơ học dưới dạng rung động của các vật thể và các bề mặt xung quanh.

Rung động là dao động cơ học của vật thể đàn hồi sinh ra khi trọng tâm hoặc trục đối xứng của chúng xê dịch trong không gian hoặc do sự thay đổi có tính chu kỳ hình dạng mà chúng có ở trạng thái tĩnh.

Rung động của một tần số vòng nào đấy được đặc trưng bằng 3 thông số: biên độ dịch chuyển λ, biên độ của vận tốc g và biên độ của gia tốc β.

Mức độ vận tốc dao động của rung động được xác định như sau:

Trong đó g_o là ngưỡng quy ước của biên độ vận tốc dao động g_o = 5.10^-8m/s.

Các bề mặt dao động bao giờ cũng tiếp xúc với không khí xung quanh nó làm lớp không khí đó bị dao động tạo thành sóng âm và gây ra một áp suất âm. 
2. Ảnh hưởng của tiếng ồn và rung động đối với sinh lý con người
2.1. Ảnh hưởng của tiếng ồn

Tiếng ồn tác động trước hết đến hệ thần kinh trung ương, sau đó đến hệ thống tim mạch, nhiều cơ quan khác và cuối cùng là đến cơ quan thính giác. Tiếng ồn làm rối loạn hệ thống thần kinh, ngay cả khi không đáng kể (50¸70dB) tiếng ồn cũng tạo ra một tải trọng đáng kể lên hệ thống thần kinh đặc biệt đối với những NLĐ trí óc. Đối với âm tần số 2.000¸4.000Hz, tác dụng mệt mỏi sẻ bắt đầu từ 80dB, đối với âm 5.000¸6.000Hz thì bắt đầu từ 60dB. Tiếng ồn còn gây ra những thay đổi trong hệ thống tim mạch kèm theo sự rối loạn trương lực bình thường của mạch máu và rối loạn nhịp tim. Những người làm việc lâu trong môi trường ồn thường bị đau dạ dày và cao huyết áp.

Khi chịu tác động của của tiếng ồn, độ nhạy cảm thính giác giảm xuống, ngưỡng nghe tăng lên. Làm việc lâu trong môi trường ồn thì sau khi thôi làm việc phải mất một thời gian dài thính giác mới trở lại bình thường. Nếu tác dụng tiếng ồn lặp lại nhiều lần, hiện tượng mệt mỏi thính giác khó có khả năng hồi phục hoàn toàn về trạng thái bình thường và sau thời gian dài sẽ phát triển thành bệnh nặng tai hoặc điếc. Tiếng ồn lớn hơn cường độ 70dB thì không còn nghe tiếng nói của người với nhau nữa và mọi sự thông tin bằng âm thanh của con người trở thành vô hiệu. Những cơ thể khác nhau thì tác hại của tiếng ồn cũng khác nhau. Con người có khả năng thích nghi với điều kiện làm việc có tiếng ồn nhưng mức độ thích nghi này chỉ giới hạn trong khoảng nhất định.

2.2. Ảnh hưởng của rung động
Tần số những rung động mà ta mà ta cảm nhận được nằm trong khoảng 12¸8.000Hz. Cũng giống như tiếng ồn, ảnh hưởng của rung động trước hết đến hệ thần kinh trung ương và sau đó đến các bộ phận khác. Theo hình thức tác động, người ta chia rung động thành hai loại: rung động chung và rung động cục bộ. Rung động chung gây ra dao động cho toàn cơ thể, còn rung động cục bộ chỉ làm cho từng bộ phận cơ thể dao động.

Rung động gây rối loại chức năng tuyến giáp trạng, tuyến sinh dục nam, nữ. Rung động làm cho hệ thống thần kinh sẽ bị rối loạn, con người nhanh chóng cảm thấy mệt mỏi. Rung động cũng gây ra viêm khớp, vôi hóa các khớp...
3. Các biện pháp phòng chống tiếng ồn và rung động

Công tác chống tiếng ồn và rung động cần phải được nghiên cứu tỉ mỉ từ khi lập quy hoạch tổng thể mặt bằng nhà máy tới khi xây dựng các xưởng sản xuất, thiết kế quy trình công nghệ và trong quá trình sản xuất.

Các biện pháp cơ bản để chống tiếng ồn và rung động bao gồm: 
3.1. Biện pháp chung

Khi lập tổng mặt bằng nhà máy cần nghiên cứu các biện pháp quy hoạch xây dựng chống tiếng ồn và rung động để hạn chế sự lan truyền tiếng ồn ngay trong phạm vi nhà máy hoặc lan truyền ra ngoài nhà máy.

Giữa các khu nhà ở và nhà sản xuất, giữa các khu nhà sản xuất có tiếng ồn cần có khoảng cách tối thiểu và trồng các dải cây xanh bảo vệ để tiếng ồn không vượt mức cho phép.

Bố trí mặt bằng nhà máy cần chú ý tới hướng gió mùa chính trong năm nhất là vào mùa hè. Các xưởng gây ồn nên bố trí cuối hướng gió và không nên tập trung vào một nơi.

Cần thiết phải xây các buồng làm việc cách âm với nguồn tạo ồn, xây tường chắn âm, hoặc điều khiển từ xa các thiết bị quá ồn… 
3.2. Giảm tiếng ồn và rung động tại nơi phát sinh

Đây là biện pháp chống ồn chủ yếu bao gồm việc lắp ráp có chất lượng cao các máy móc và động cơ, sửa chửa kịp thời các máy móc thiết bị, không nên sử dụng các thiết bị đã cũ, lạc hậu…

Giảm tiếng ồn tại nơi phát sinh có thể thực hiện theo các biện pháp sau:

- Hiện đại hóa thiết bị, hoàn thiện quá trình công nghệ bằng cách:

+ Tự động hóa quá trình công nghệ và áp dụng hệ thống điều khiển từ xa.

+ Thay đổi tính đàn hồi và khối lượng của các bộ phận máy móc để thay đổi tần số dao động riêng của chúng tránh hiện tượng cộng hưởng.

+ Thay thép bằng chất dẻo, tecxtolit, fibrôlit..., mạ crôm hoặc quét mặt các chi tiết bằng sơn hoăc dùng các hợp kim ít vang hơn khi va chạm.

+ Bọc các mặt thiết bị chịu rung động bằng các vật liệu hút hoặc giảm rung động có nội ma sát lớn như bitum, cao su, vòng phớt, amiăng, chất dẻo, matit đặc biệt.

+ Sử dụng bộ giảm rung bằng lò xo hoặc cao su để cách rung động.

+ Sử dụng các loại lớp phủ cứng hoặc mềm để hút rung động.

- Quy hoạch thời gian làm việc của các xưởng hợp lý:

+  Bố trí các xưởng ồn làm việc vào những buổi ít người làm việc…

+ Lập đồ thị làm việc cho công nhân để họ có thời gian nghỉ nghơi hợp lý, làm giảm thời gian có mặt của họ ở những nơicó mức ồn cao. 
3.3. Biện pháp giảm tiếng ồn trên đường lan truyền

Chủ yếu áp dụng các nguyên tắc hút âm và cách âm. Trên hình 5 mô tả sự lan truyền sóng âm trên đường đi. Năng lượng âm lan truyền trong không khí thì một phần năng lượng bị phản xạ, một phần bị vật liệu của kết cấu hút và một phần xuyên qua kết cấu bức xạ vào phòng bên cạnh.

Sự phản xạ và hút năng lượng âm phụ thuộc vào tần số và góc tới của sóng âm, vào tính chất vật lý của kết cấu phân cách như độ rỗng, độ cứng, bề dày...

Vật liệu hút âm được phân thành 4 loại:

+ Vật liệu có nhiều lỗ nhỏ.

+ Vật liệu có nhiều lỗ nhỏ đặt sau tấm đục lỗ.

+ Kết cấu cộng hưởng.

+  Những tấm hút âm đơn.

Vấn đề cách âm dựa trên nguyên lý khi sóng âm truyền tới bề mặt kết cấu nào đó thì kết cấu đó sẽ trở thành nguồn âm mới. Công suất nguồn âm mới yếu đi bao nhiêu so với nguồn âm ban đầu thì khả năng cách âm của kết cấu đó càng tốt bấy nhiêu.

Để cách âm thông thường người ta làm vỏ bọc cho động cơ, máy nén và các thiết bị công nghiệp khác.

Vật liệu làm vỏ cách âm thường là bằng kim loại, gỗ, chất dẻo, kính và các vật liệu khác.

Để giảm dao động truyền từ máy vào vỏ bọc, liên kết giữa chúng không làm cứng, thậm chí làm vỏ hai lớp giữa là không khí.

Vỏ bọc nên đặt trên đệm cách chấn động làm bằng vật liệu đàn hồi.

Để chống tiếng ồn khí động người ta có thể sử dụng các buồng tiêu âm, ống tiêu âm và tấm tiêu âm. Trên hình 6 và hình 7 giới thiệu cấu tạo nguyên lý của ống tiêu âm và tấm tiêu âm.

3.4. Biện pháp phòng chống ồn bằng PTBVCN

Cần sử dụng các loại dụng cụ sau:

Cái bịt tai làm bằng chất dẻo, có hình dáng cố định dùng để cho vào lỗ tai, có tác dụng hạ thấp mức âm ở tần số 125¸500 Hz, mức hạ âm là 10dB, ở tần số 2.000Hz là 24dB và ở tần số 4.000Hz là 29dB. Với âm có tần số cao hơn nữa tác dụng hạ âm sẽ giảm.

Cái che tai có tác dụng tốt hơn nút bịt tai. Thường dùng cho công nhân gò, mài và công nhân ngành hàng không

Bao ốp tai dùng trong trường hợp tiếng ồn lớn hơn 120dB. bao có thể che kín cả tai và phần xương sọ quanh tai.

Ngoài ra để chống rung động người ta sử dụng các bao tay có đệm đàn hồi, giầy (ủng) có đế chống rung...