人因工程学第6章_噪声及振动环境

第六章噪声及振动环境一、声音及其度量二、噪声及其对人的影响三、噪声测量及评价标准四、噪声控制五、振动环境六、特殊工作环境七、案例：高架道路交通噪音和防噪屏设置噪音长期在噪音环境下，会引起机体内分泌功能紊乱。如果长时间处于噪音环境中，会刺激人的神经系统，使人急躁、易怒，还会引起神经衰弱症候群(如头痛、头晕、耳鸣、记忆力衰退等)，影响睡眠造成疲倦，从而使身体激素分泌紊乱。第一节声音及其度量一、声音的基本概念物体的振动产生声音，振动发声的物体被称为声源。声音的形成是由振动的发生与传播这两个环节组成。第一节声音及其度量三个重要的物理量声音的频率声音的波长声音传播的速度第一节声音及其度量频率声源每秒钟振动的次数称为频率，以f表示，单位为赫兹(Hz)。在声频范围内，声波的频率愈高，声音显得愈尖锐；反之，显得低沉。波长和声速声波在一个波动的周期内传播的距离称为波长,记作λ,单位为m。声波在媒介中传播的速度称为声速，用c表示，单位为m/s。第一节声音及其度量式中，λ为波长（m）；c为声速（m／s）；f为频率（HZ）。cf频率、波长和声速之间的关系二、声音的物理度量（一）声压、声压级声压：声波在空气传播过程中，引起空气质点振动导致空气压强变化叫声压。是表示声音强弱的物理量，用P表示，单位是帕（Pa）。普通人们谈话声的声压约为2×10-2Pa～7×10-2Pa载重汽车行驶产生的声压约为0.2Pa~1Pa凿岩机约为20Pa，而喷气飞机附近约为200Pa～630Pa听阈声压:刚能听到的声音的声压值。痛阈声压:感到疼痛的声音的声压值。二、声音的物理度量声压级为什么引入声压级？声压级是声压与基准声压之比的以10为底的对数乘以20，用符号表示，单位是分贝（dB）。0lg20ppLpP0为基准声压（P0=2×10-5Pa表6-1各种环境的声压和声压级声压N/m2声压级/dB环境举例声压N/m2声压级/dB环境举例63020063206.32.00.630.201501401301201101009080火箭发射喷气式飞机附近开坯锻锤，铆钉枪大型球磨机大型鼓风机附近纺织车间汽车喇叭声公共汽车上0.0630.0200.00630.00200.000630.000200.0000630.000020706050403020100繁华大街上普通说话微型电机工作时安静房间内轻声谈话树叶落下的沙沙声乡村安静夜晚刚刚能听到的声音二、声音的物理度量二、声音的物理度量(二)声压级合成法则1、声压合成法则若在某点分别测得几个声源的声压为P1，P2，…，Pn，该点总声压Pt满足（i=1，2，…，n）niitPP122二、声音的物理度量2、声压级合成法则（i=1，2，…，n）niLPtPiL11.010lg10二、声音的物理度量声压级合成法则推导:niiniittPtPPPPPPPPL1202012200lg10lg10lg10lg20由声压级的定义可知20lg10PPLiPi二、声音的物理度量故:PiLiPP1.02010因此，总声压级niLPtPiL11.010lg10二、声音的物理度量3、求背景声压级Pb，Pt为总声压级，Pi为声源声压级。根据声压合成法则有:背景声压级计算如下:222bitPPP)1010lg(101.01.0PbptLLPiL第二节噪声及其对人的影响一、噪声及其来源工业噪声工业噪声主要包括空气动力噪声、机械噪声和电磁噪声交通噪声交通噪声主要指的是机动车辆、火车、飞机和船舶噪声。一、噪声及其来源建筑施工噪声建筑施工噪声声音强度很高又属于露天作业，因此污染也十分严重社会噪声社会噪声主要指社会活动和家庭生活所引起的噪声二、噪声对听力的影响噪声对人们正常生活的影响的主要表现：精力难以集中情绪焦躁不安产生心理不愉快影响睡眠质量妨碍正常语言交流等持续性的强烈噪声会使人的听力受到损害噪声性耳聋与噪声的强度、噪声的频率及接触的时间有关三、噪声对其他生理机能的影响对神经系统的影响对内分泌和心血管系统的影响对消化系统的影响四、噪声对心理的影响噪声对心理的影响主要是使人产生烦恼、焦急、讨厌、生气等不愉快的情绪脉冲噪声比连续噪声的影响更甚，响度越大影响也越大五、噪声对语言交流的影响声音的掩蔽效应语言干扰级(SIL)是评价噪声对语言通讯干扰程度的评价参量六、噪声对作业能力和工效的影响噪声直接或间接地影响工作效率噪声干扰对人的脑力劳动的影响第三节噪声测量及评价标准噪声的测量（一）室内噪声的测量图6-3为声级计。测量室内噪声时，将声级计传声器放在操作人员耳朵处或放在工作面附近，选择若干个测点，进行测量。图6-3数字式声级计(1)外形尺寸小于30cm的小型设备，测点距其表面30cm左右。(2)外形尺寸在30~100cm的中型设备，测点距其表面50cm左右。(3)外形尺寸大于100cm的较大型设备，测点距其表面100cm左右。(4)大型或特大型设备，测点距其表面100~500cm左右。（二）机器设备噪声的测量测量行驶中的车辆的噪声，应在平坦开阔的区间中进行工作。测量行驶时车内的噪声，要求车窗紧闭，测点选择在车内中央且离地1.2m处、在司机、乘客的头部附近，分别记录加速、满载、惯性行驶及制动时的情况。测量行驶时车外的噪声，测点取距离车体中心线7.5米、距地面或轨道上方1.2m高处。（三）交通车辆噪声的测量（二）中国噪声标准我国曾先后公布了多个重要的噪声标准，如《工业企业噪声卫生标准》、《城市环境噪声标准》和《机动车辆噪声标准》等。2002年经国家卫生部正式《工业企业设计卫生标准》GBZ1-2002中规定：具有生产性噪声的车间应尽量远离其他非噪声作业车间、行政区和生活区；噪声较大的设备应尽量将噪声源与操作人员隔开；工艺允许远距离控制的，可设置隔声操作(控制)室。工作场所操作人员每天连续接触噪声8小时，噪声声级卫生限值为85dB(A)。第四节噪声控制声源控制控制噪声的传播操作者的听力保护声源控制降低机械噪声选择发声小的材料改变机械传动方式改进设备机械结构降低空气动力性噪声降低气流速度减少压力脉冲减少涡流控制噪声的传播对工厂各区域合理布局调整声源的指向充分利用天然地形采用吸声、隔声、消声等措施采用隔振与减振措施操作者的听力保护使用防声面罩。第五节振动环境人体振动特性人体对振动频率的反应振动对人体的影响振动对工效的影响振动的评价振动的测量振动的控制与防护一、人体振动特性人体是一个复杂的振动系统，其动力学效应主要由频率响应和幅度响应构成。人体频率响应特性分为低频反应部分和高频反应部分，其分界点大致是50Hz。二、人体对振动频率的反应人体对低频反应的主要现象是身体共振。振动能量在人体内的传递率逐渐衰减，其生物效应也相应减弱。三、振动对人体的影响全身振动对人体的影响局部振动对人体的影响振动的心理效应全身振动多为低频大幅度的振动。全身振动能引起前庭器官、内分泌系统、循环系统、消化系统和植物神经系统等一系列变化，并使人产生疲劳、劳动机能衰退等主观感觉。由于人体不同部位和系统有各自的固有频率，所以当人体承受的振动频率接近或等于某一部位的固有频率时，就会产生共振，共振使得生理效应增大。如果是重要的器官发生了共振，则人体的反应最强烈。1.全身振动对人体的影响局部振动病是长期使用振动工具引起的。局部振动能引起神经系统、循环系统、骨关节肌肉运动系统的障碍及其他系统不同程度的机能改变。振动的早期影响以神经系统受损为主。一般情况下先出现神经末梢病变（功能受损），继而发生中枢神经系统病变（大脑皮层功能简下降，反应时间延长，血压不稳）。振动对骨骼肌肉系统的影响表现为肌无力，肌肉疼痛和萎缩。振动对胃肠功能、妇女月经、生理及生殖功能也可能发生影响。2．局部振动对人体的影响振动引起的心理效应主要是感觉不舒适和烦恼，甚至疼痛，进而影响工效。不同的振动参数下人体受振时的主观感觉不同。坐姿的人，对1～2Hz的轻度振动感觉轻松和舒适；对4～8Hz的中度振动，感觉十分不适。3.振动的心理效应四、振动对工效的影响对人体视觉的影响对操作反应的影响振动对视觉绩效的影响主要有两种情形：①视觉对象处在振动环境中；②观察者处于振动环境中。（1）对视觉辨认绩效的影响图6-4人受横向水平振动时的选择反应时间通过手或足操纵控制器以追踪某一活动目标的追踪活动是比较典型的操作动作。振动引起操纵界面的运动可使手控工效降低，这是由于手、脚和人—机界面的振动，使人们的动作不协调、操纵误差大大增加。（2）对操作动作的影响图6-5垂直振动时人的手眼协调的平均动作时问（一）振动评价标准1．国际标准化组织提出的“人承受全身振动的评价指南”[IS02631-1989（E）]该标准根据加速度有效值（0.1～20m/s2）、振动频率（1/3倍频程的中心频率，1～80Hz）、振动方向（Z轴向，X、Y轴向）、接触振动持续时间（1分钟到24小时）这四个振动参数制定了全身振动评价的界限曲线，并依据参数之间的关系来评价全身振动对人体的影响。五、振动的评价（一）振动评价标准图6-6全身振动允许界限(1)疲劳一工作效率降低界限。疲劳—工作效率降低界限是从振动引起人体疲劳，从而影响其工作效率的角度而确立的。超过这个界限，人会产生疲劳，降低工效。图6-6所示的界限正是疲劳一工作效率降低界限。该界限主要用于劳动环境振动评价。(2)舒适性降低界限。舒适性降低界限以不影响人的日常活动或工作中的基本动作(如饮食、阅读或书写等)为基础，此界限与保持在振动环境下人体的舒适感有关。它比疲劳一工作效率降低界限的振动级低10dB，超过这个界限，人可能不舒适。该界限较多用于交通工具振动评价。（一）振动评价标准(3)受振极限(或健康界限)。受振极限是区分振动强度对人体健康与安全是否有损害的界限。它比疲劳—工作效率降低界限的振动级高6dB，超过这个界限，会影响人体健康与安全。（一）振动评价标准GBZl--2002《工业企业设计卫生标准》中对工作场所的振动强度规定如下：局部振动作业，其接振强度4小时等能量频率计权振动加速度不得超过5m/s2，接振时间少于4小时可按表6-17适当放宽。2．我国振动控制标准表6-17局部振动强度卫生限值日接振时间/h卫生限值/(m/s2)2～461～28≤1122．我国振动控制标准表6-18全身振动强度卫生限值工作日接触时间/h卫生限值dB(A)(m/s2)81160.624120.81.12.51231.41.0127.62.40.5131.13.6六、振动的测量振动测量是测量振动强度、频率及不同频率下的加速度把声级计上的电容传声器换成振动传感器，就可以用于振动测量（1）减少和消除振源。这是减少振动最根本的措施。通常采取以下方法：1）隔离振源。2）改进生产工艺，如用液压、焊接代替铆接可消除或减少振动。3)增加设备的阻尼，如采用吸振材料、安装阻尼器或阻尼环、附加弹性阻尼材料等，以减轻设备的振动。对于可能引起机械振动的陈旧设备，应定期检查、维修或改造。4）采取隔振、吸振、阻尼等措施来消除或减小振动，阻止振动的传播，最大限度地减少振动对人体的不良影响。例如设计减振座椅、弹性垫，以缓冲振动对人的影响七、振动的控制与防护5)采用钢丝弹簧类、橡胶类、软木类、毡板、空气弹簧和油压减振器等多种形式的减振器。6)降低设备减振系统的共振频率。可通过减少系统刚性系数或增加质量来降低共振频率。例如，风扇、吹风机、泵、空气压缩机等，常用增加质量的方法来降低共振频率。（2）个体防护。使用防振手套，在全身振动时使用防振鞋等。由于防振鞋内有由微孔橡胶做成鞋垫，利用其弹性使全身减振。对于坐姿作业人员，可使用减振座椅、弹性垫，以缓冲振动对人的影响。（3）限制接触振动时间。七、振动的控制与