劉 茜，史聰靈，伍彬彬，胥 旋，石杰紅，王 瑩

(1.中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院 地鐵火災(zāi)與客流疏運(yùn)安全北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012；2.中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130062)

0 引言

在眾多的工業(yè)噪聲源中，大型機(jī)械加工車間機(jī)加設(shè)備的情況比較突出。這是因?yàn)闄C(jī)加設(shè)備產(chǎn)生的噪聲聲級(jí)高，短時(shí)間里聲級(jí)變化大，機(jī)加設(shè)備種類繁多，機(jī)加廠房車間類型多樣。如何測(cè)量評(píng)價(jià)機(jī)加設(shè)備噪聲，測(cè)量評(píng)價(jià)機(jī)加車間噪聲分布，測(cè)量評(píng)價(jià)操作人員噪聲暴露量以及機(jī)加設(shè)備工程減噪后效果顯得尤為重要。本文通過(guò)對(duì)某大型機(jī)加車間某數(shù)控機(jī)床噪聲現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，應(yīng)用現(xiàn)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBZ/T189.8—2007《工作場(chǎng)所物理因素測(cè)量噪聲》[1]，GBZ2.2—2007《工業(yè)場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值》第2部分：物理因素[2]，GB/T 21230—2014《聲學(xué) 職業(yè)噪聲暴露的測(cè)量 工程法》[3]的有關(guān)要求進(jìn)行分析，為進(jìn)一步研究大型機(jī)加車間噪聲特性和對(duì)暴露者的影響提供參考。

1 測(cè)試對(duì)象

為保證工人及工廠周圍群眾的身體健康，需對(duì)噪聲進(jìn)行嚴(yán)格治理，本文結(jié)合中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司的實(shí)際工作要求進(jìn)行相關(guān)噪聲處理工作。通過(guò)對(duì)內(nèi)飾件分公司組成車間的噪聲測(cè)量發(fā)現(xiàn)，噪聲測(cè)試數(shù)據(jù)大于90 dB(A)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了安全生產(chǎn)噪聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)員工的身體健康造成了一定損害[4-6]。人員長(zhǎng)時(shí)間在85 dB(A)以上噪聲環(huán)境下工作，會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生危害，造成永久性耳聾的風(fēng)險(xiǎn)很大，急需進(jìn)行噪聲治理[7-8]。為減小噪聲影響，車間內(nèi)安裝了一些防護(hù)圍擋，但是聲學(xué)效果有限，車間工人在進(jìn)出料的過(guò)程中依然暴露在強(qiáng)噪聲輻射范圍內(nèi)，此外該設(shè)備的噪聲經(jīng)窗戶輻射到居民區(qū)，影響到居民的正常生活[9-10]。圖1是某機(jī)加車間機(jī)器2作業(yè)區(qū)數(shù)控機(jī)床裙板機(jī)加設(shè)備布置及減噪設(shè)備安裝位置示意圖。通過(guò)對(duì)車間內(nèi)噪聲源的分析，確定了圖1中機(jī)器2作業(yè)區(qū)是噪聲重點(diǎn)區(qū)域，需要針對(duì)這一區(qū)域進(jìn)行治理。經(jīng)過(guò)噪聲分析，其中噪聲主要成分包括：1)配屬的電機(jī)工作所產(chǎn)生的電磁噪聲；2)拋磨面產(chǎn)生的擊打、切割和劇烈摩擦噪聲，隨機(jī)但是持續(xù)；3)進(jìn)出料口，有噪聲泄露：敞開(kāi)式傳送方式噪聲從設(shè)備兩側(cè)、窗戶和車間步行道輻射傳播。

由圖1可知，為了降低車間噪聲，對(duì)機(jī)器2作業(yè)區(qū)數(shù)控裙板機(jī)加設(shè)備進(jìn)行了減噪工程治理，機(jī)器2作業(yè)區(qū)周圍黑色實(shí)線位置為安裝隔聲減噪裝備區(qū)域。設(shè)備治理方案采取封閉噪聲隔離圍擋結(jié)構(gòu)，最大限度降低設(shè)備噪聲輻射，在內(nèi)表面鋪設(shè)吸聲材料，在背板內(nèi)表面粘貼阻尼層，提高隔聲量，同時(shí)減少壁板的振動(dòng)。護(hù)面板采用穿孔金屬板，厚度設(shè)為1.5～2 mm，穿孔率在25%。在全封閉隔擋正面和設(shè)備操控面板部位安裝有機(jī)玻璃透明隔聲窗，保障足夠隔聲量同時(shí)便于設(shè)備觀察，有機(jī)玻璃隔聲窗尺寸及位置根據(jù)需求設(shè)計(jì)。安裝隔聲量30 dB以上的隔聲門，方便工人上下平臺(tái)維護(hù)設(shè)備，同時(shí)保證整體隔聲量，初步方案將隔聲門采用折疊式設(shè)計(jì)，且在隔聲門上設(shè)有透明隔聲窗，隔聲門位置和尺寸要求方便工人上下物料，且方便操控設(shè)備。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，隔聲區(qū)域建成后如圖2所示。

圖1 車間平面布置及減噪設(shè)備安裝位置示意Fig.1 Schematic diagram for layout and installation positions of noise reduction equipment

圖2 噪聲隔離區(qū)域建成后Fig.2 Noise isolation area after completion

2 測(cè)試分析方法

2.1 噪聲測(cè)量設(shè)備及指標(biāo)

以機(jī)加車間2作業(yè)區(qū)數(shù)控裙板機(jī)加設(shè)備為測(cè)量對(duì)象，發(fā)聲源在機(jī)器2作業(yè)區(qū)數(shù)控裙板機(jī)加設(shè)備機(jī)頭處，其他設(shè)備區(qū)設(shè)備測(cè)量時(shí)停機(jī)。針對(duì)測(cè)試前后的噪聲分析，選取B&K2250 1級(jí)積分聲級(jí)計(jì)和CASELLA350 2級(jí)個(gè)體聲暴露計(jì)作為噪聲測(cè)量設(shè)備，并用Sound Calibrator Type 4231進(jìn)行校準(zhǔn)。

采用A計(jì)權(quán)，“S(慢)”檔，取值為聲級(jí)LAeq。傳聲器應(yīng)放置在勞動(dòng)者工作時(shí)耳部的高度，站立為1.5 m。個(gè)體聲暴露計(jì)傳聲器應(yīng)盡可能地放在離外耳道入口大約0.1 m的位置。傳聲器的指向?yàn)槁曉捶较颉?yīng)保持測(cè)試者與傳聲器的間距大于0.5 m。

工作場(chǎng)所聲場(chǎng)分布均勻(A聲級(jí)差別小于3 dB(A))，選擇3個(gè)測(cè)點(diǎn)，取平均值。工作場(chǎng)所分布不均勻時(shí)，應(yīng)將其劃分若干聲級(jí)區(qū)，同一聲級(jí)區(qū)內(nèi)聲級(jí)差小于3 dB(A)。每個(gè)區(qū)域內(nèi)，選擇2個(gè)測(cè)點(diǎn)，取平均值。穩(wěn)態(tài)噪聲的工作場(chǎng)所，每個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量3次，取平均值。非穩(wěn)態(tài)噪聲的工作場(chǎng)所，根據(jù)聲級(jí)變化(聲級(jí)波動(dòng)≥3 dB(A))確定時(shí)間段，測(cè)量時(shí)間段的等效聲級(jí)，記錄時(shí)間段的持續(xù)時(shí)間[11-12]。

為了進(jìn)行治理前后的噪聲對(duì)比，對(duì)車間進(jìn)行噪聲量測(cè)布點(diǎn)，共布置67個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)位置分別用序號(hào)1～24，A～Z，I～XVII進(jìn)行標(biāo)注，如圖3所示。測(cè)量的發(fā)生源是機(jī)器2作業(yè)區(qū)數(shù)控裙板機(jī)加設(shè)備，測(cè)量時(shí)間段是加工某種工件所用時(shí)間。后續(xù)數(shù)據(jù)分析均基于上述布點(diǎn)采集進(jìn)行。

圖3 測(cè)點(diǎn)布置示意Fig.3 Layout of measuring points

2.2 環(huán)境噪聲測(cè)量

圖4～5是選取的機(jī)器2作業(yè)區(qū)數(shù)控裙板機(jī)加設(shè)備減噪工程治理前、后，在操作工位，加工1個(gè)工件過(guò)程的噪聲聲級(jí)圖。

圖4 噪聲工程治理前加工1個(gè)轉(zhuǎn)向架平板過(guò)程噪聲變化Fig.4 Changes noise of a process board before noise engineering treatment

加工1個(gè)轉(zhuǎn)向架平板件需要持續(xù)時(shí)間7～8 min。治理前和治理后的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。治理前的總值是LAeq85.9 dB(A)，其中有81 s超過(guò)85 dB。治理后的數(shù)據(jù)LAeq55.1 dB(A)，過(guò)程中低于85 dB?，F(xiàn)場(chǎng)工程減噪降低了30.8 dB(A)。

表1 加工1個(gè)轉(zhuǎn)向架平板件治理前后噪聲總值Table 1 Total noise values before and after management when processing a work piece of bogie plate

圖4顯示工程治理前瞬間最高值是LAeq103.8 dB(A)，圖5顯示工程治理后瞬間最高值是LAeq69.4 dB(A)，出現(xiàn)在加工起始至6 min時(shí)。加工1個(gè)工件的最大值降低了34.4 dB(A)。

圖5 噪聲工程治理后加工1個(gè)轉(zhuǎn)向架平板過(guò)程噪聲變化Fig.5 Changes noise of a process board after noise engineering treatment

噪聲工程治理前、后67個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表2～3。

表2 治理前噪聲測(cè)量數(shù)據(jù)Table 2 Measurement data of noise before management

表3 治理后噪聲測(cè)量數(shù)據(jù)Table 3 Measurement data of noise after management

根據(jù)圖3布點(diǎn)位置和表2～3測(cè)試的數(shù)據(jù)，分別繪制某機(jī)加車間工作場(chǎng)所噪聲工程治理前、后噪聲聲級(jí)分布，如圖6～7所示。

圖6 噪聲工程治理前噪聲聲級(jí)分布Fig.6 Sound pressure level distribution of noise before noise reduction engineering management

圖6和圖7對(duì)比可見(jiàn)超標(biāo)區(qū)域明顯被控制，整個(gè)車間降至56.5 dB(A)以下。操作工人操作位和車間通道的噪聲級(jí)從原來(lái)的85 dB(A)或以上，全部降至56 dB(A)以下。

圖7 噪聲工程治理后聲級(jí)分布Fig.7 Sound pressure level distribution of noise after noise reduction engineering management

2.3 個(gè)體噪聲暴露測(cè)量

以某機(jī)加車間機(jī)器2作業(yè)區(qū)數(shù)控裙板機(jī)加設(shè)備的操作工為例，具體說(shuō)明操作人員在減噪工程治理前、后一天8 h工作時(shí)間里的噪聲暴露量。測(cè)量時(shí)發(fā)生源是機(jī)器2作業(yè)區(qū)數(shù)控裙板機(jī)加設(shè)備，其他設(shè)備未工作。測(cè)量位置是機(jī)器2作業(yè)區(qū)數(shù)控裙板機(jī)加設(shè)備人員操作位置①、②、A(見(jiàn)圖3)。

操作工人加工2個(gè)件之間有間歇，用于整理、搬運(yùn)、碼放、安裝固定機(jī)件的時(shí)間。所以在一天的工作時(shí)間中噪聲值是起伏變化的，如圖8～9所示。

圖8～9分別是某數(shù)控機(jī)操作崗位工人減噪工程治理前、后一個(gè)工作日里噪聲暴露記錄，歸一到8 h額定工作日的A計(jì)權(quán)暴露聲級(jí)，LAeq,8H值分別是89.2 dB(A)和74.3 dB(A)。數(shù)控機(jī)操作崗位工人LAeq,8H治理后比治理前降低了14.9 dB(A)。

圖8 治理前操作工人一天工作時(shí)間的噪聲暴露記錄Fig.8 Noise exposure records in 1 day working time of operator before management

同時(shí)可見(jiàn)，治理前噪聲聲級(jí)主要集中在70～100 dB(A)之間，絕大多數(shù)噪聲聲級(jí)超過(guò)85 dB(A)；治理后聲級(jí)主要集中在50～65 dB(A)之間，絕大多數(shù)聲級(jí)在70 dB(A)以下，由于上午加工件工作量較密集，個(gè)別噪聲聲級(jí)值超過(guò)85 dB(A)，下午正常加工工作量時(shí)只有一個(gè)數(shù)據(jù)超過(guò)85 dB(A)噪聲聲級(jí)。

圖9 治理后操作工人工作時(shí)一天工作時(shí)間的噪聲暴露記錄Fig.9 Noise exposure records in 1 day working time of operator after management

治理前后操作工人一日工作時(shí)間測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。從表4可以看出，減噪工程治理前A聲級(jí)最大值LASmax114.9 dB(A)，治理后A聲級(jí)最大值LASmax108.2 dB(A)。

表4 操作工人一日工作時(shí)間治理前后噪聲總值Table 4 Measurement data in 1 day working time of operator before and after management

3 測(cè)量結(jié)果及分析

圖10是距機(jī)加車間機(jī)器2作業(yè)區(qū)數(shù)控裙板機(jī)加設(shè)備操作位置0 m處治理前、后噪聲頻譜對(duì)比。從圖10中看到，治理前頻率在500～5 300 Hz間有峰值，治理后這個(gè)范圍趨近平緩。500 Hz從治理前的74.4 dB(A)，治理后降到44.0 dB(A),下降30.4 dB(A)；5 000 Hz從治理前的79.3 dB(A)，治理后降到36.1 dB(A),下降43.2dB(A)。比較起來(lái)高頻的降噪幅度更大。在該頻段不但具有較好地降噪效果，使現(xiàn)場(chǎng)感受到噪聲大幅減小，而且高頻噪聲的降低使得現(xiàn)場(chǎng)噪聲沒(méi)有原來(lái)尖利了。

圖10 設(shè)備操作位置0 m處治理前后噪聲頻譜對(duì)比Fig.10 Comparison of noise spectrum before and after management with 0 m distance away from operating position

圖11～12分別為距機(jī)加車間機(jī)器2作業(yè)區(qū)數(shù)控裙板機(jī)加設(shè)備0，5，10，15，20，25 m處治理前、后噪聲頻譜。減噪工程治理前(見(jiàn)圖11)最大峰值有4個(gè)在500，800，2 000，5 000 Hz，當(dāng)測(cè)量距離變化時(shí)最大峰值始終在500,800，2 000，5 000 Hz這4個(gè)頻率左右。減噪工程治理后最大峰值在1 000 Hz左右(見(jiàn)圖12)，當(dāng)測(cè)量距離變化時(shí)各頻段的最大峰值始終在1 000 Hz左右。減噪治理前后各自的最大噪聲級(jí)所在頻率，不隨距離的改變而改變。

圖11 距設(shè)備操作位置不同距離治理前噪聲頻譜Fig.11 Noise spectrums before management with different distances away from operating position

圖12 距設(shè)備操作位置不同距離治理后噪聲頻譜Fig.12 Noise spectrums after management with different distances away from operating position

通過(guò)上述治理后不同距離裙板機(jī)加設(shè)備的噪聲頻譜曲線可以發(fā)現(xiàn)，盡管在中高頻區(qū)域噪聲相對(duì)治理前有較高的衰減比，但噪聲聲級(jí)仍然較高。針對(duì)中高頻噪聲源，單純的安裝隔聲減噪裝備具有一定的吸收和消除噪聲能力，為了進(jìn)一步消除上述中高頻噪聲需要通過(guò)強(qiáng)吸聲吊頂，增加使用多孔吸聲材料，利用其對(duì)中高頻聲波吸聲系數(shù)大的特點(diǎn)，進(jìn)一步降低中高頻噪聲。

4 結(jié)論

1)通過(guò)當(dāng)前的隔聲減噪裝備，低頻噪聲的衰減并不明顯，但由于低頻分量較小，因此對(duì)降噪效果的影響不大。

2)對(duì)數(shù)控機(jī)床減噪工程治理前和治理后的頻譜進(jìn)行分析，各自最大聲級(jí)所在頻段不隨距離的改變而改變。因此建議在后續(xù)處理中在當(dāng)前隔聲降噪?yún)^(qū)外再引入多層降噪?yún)^(qū)，進(jìn)一步降低遠(yuǎn)距離的噪聲聲級(jí)。

3)通過(guò)降噪后噪聲頻譜分析可以發(fā)現(xiàn)，盡管高頻噪聲衰減比高，降噪效果較好，但由于中高頻噪聲的固有聲級(jí)較高，因此建議在后續(xù)降噪方案中引入強(qiáng)吸聲吊頂和多孔吸聲材料，進(jìn)一步降低中高頻噪聲。