buka - sumfak.unizg.hr mjerna vježba: buka i vibracije motorne pile

Zavod za šumarske tehnike i tehnologije Diplomski studij, Smjer: Tehnike, tehnologije i menadžment u šumarstvu Kolegij: Mehanizacija pridobivanja drva Mjerna vježba: Buka i vibracije motorne pile – 2013/14 _________________________________________________________________________________

Buka

Zvuk je podražaj koji se širi elastičnim medijem brzinom koja je karakteristična za taj

medij i obično ga izaziva kruta vibrirajuća površina ili pobuda u fluidu. Riječ buka ima mnogo definicija a mi ćemo za naše potrebe prihvatiti onu koja kaže

da je buka bilo koji zvuk koji može biti opasan za zdravlje ili na neki drugi način negativno

utjecati na zdravlje.

Zvuk je mehanički poremečaj koji se širi kao longitudijalni val kroz zrak ili neki drugi

medij.

Zvuk se širi kroz zrak brzinom od 340 m/s a promjenom medija mijenja se i

brzina.Dvije su osnovne karakteristike zvuka:

1. PRITISAK

2. FREKVENCIJA

Osnovne pojave kod širenja zvučnog vala medijem su: refleksija, lom (refrakcija), ogib

(difrakcija), raspršenje (difuzija) i prigušenje (apsorpcija).

Zvučni tlak je odstupanje atmosferskog tlaka u nekoj točki od svoje ravnotežne

vrijednosti.

Slika 1. Tipične vrijednosti zvučnog tlaka kojeg uzrokuju različiti izvori.

Zvučni tlak je mjera emitirane zvučne snage nekog izvora i on ovisi o zvučnoj snazi,

udaljenosti od izvora zvuka, apsorpciji okolnih površina (zidova), kao i transmisiji zvuka kroz

njih.

Izražavanje akustičkih veličina u decibelima

Čovjek čuje zvučne tlakove između 10-5 i 102 Pa. Omjer tih tlakova iznosi 107:1,

odnosno omjer intenziteta iznosi 1014:1 što je vrlo nepraktično te se stoga uvodi se

logaritamski odnos veličina:


Mjerni mikrofon

elektroakustički pretvarač

tipovi za mjerenja – kondenzatorski i elektretski

sastoji se od tanke metalne membrane na malom

razmaku od čvrste metalne ploče – princip

kondenzatora

promjena kapaciteta zbog promjene razmaka među

pločama = promjena napona

Slika 2. Mjerni mikrofon za mjerenje zvuka.

Zvukomjer

Zvukomjer je mjerni uređaj za mjerenje zvučnog tlaka (intenziteta, vibracija, analizu

signala zvuka).

Slika 3. Zvukomjer Brüel & Kjær tip 2240.

Sastoji se od:

mikrofona

mikrofonskog pretpojačala

filtara

voltmetra (mjerenje vršne, efektivne vrijednosti, mogućnost integracije,

različite vremenske konstante odziva)

prikaza (analognog ili digitalnog)


ostalih sučelja (analogni ulazi i izlazi, digitalni izlaz za podatke –

serijski, USB)

Čovjekov sluh je nelinearan tj. ima različitu osjetljivost pri različitim frekvencijama

zvuka. Linearna mjerenja razina zvučnog tlaka ne odražavaju čovjeku percpeciju zvuka te je

čovjekov sluh definiran slušnom plohom i krivuljama jednake glasnoće.

Slika 4. Slušna ploha ljudskog uha

Zvuk se mjeri različitim filtrima među kojima su najzančajniji A i C filteri koji su

ugrađeni u gotovo sve zvukomjere te Oktavni filtar. Razine filtriranog zvuka se označavaju

oznakom filtra nakon oznake dB (npr. dBA ili dBC).

A filter simulira rad ljudskog uha, odnosno reagira na zvučni podražaj slično kao i

ljudko uho što znači da daje veći značaj (ponder) tonovima viših frekvencija koji su štetniji za

čovjeka te manji značaj (ponder) tonovima nižih frekvencija koje su manje štetne za čovjeka.

Pomoću oktavnog filtera mjeri se razina zvuka u svakoj pojedinoj frekvencijskoj oktavi

(31,5 Hz, 63 Hz, 125 Hz,....) na temelju čega se crta krivulja buke.

Ekvivalentna razina buke - Leq

To je mjera koja pokazuje prosječnu vrijednost razine zvuka u nekom vremenskom razdoblju

i predstavlja energetski prosjek buke. Zvukomjeri koji ju mjere zovu se integrirajući

zvukomjeri i često se zbog normativa filtrira A filtrom.

Utjecaj zvuka na čovjeka

Kao i kod svih zagađenja, izloženost buci ima akumulirajući karakter što znači da se

štetni utjecaj buke uočava tek nakon duljeg vremena i prvenstveno se manifestira kao loše

raspoloženje, umor, nesanica, glavobolja i gubitak koncentracije što uzrokuje smanjenu

radnu sposobnost, a u konačnici i trajno oštećenje sluha.

Utjecaj glasnoće zvuka na čovjeka

pritužbe na buku mogu početi već od razine buke 40 dBA


osim same glasnoće, ključan je i izvor buke (glazba, promet,

industrijska buka, lavež psa), kao i doba dana

najviše smeta uznemiravanje bukom tijekom spavanja ili vođenja

razgovora

prag smetanja tijekom spavanja: 45 dBA ili niže

početak interferencije govora je 63 dBA ili, ugrubo, razina zvuka govora

normalne glasnoće između dvoje ljudi odvojenih 1 metar

Utjecaj zvuka velike glasnoće na čovjeka

primarni efekt - stezanje mišića srednjeg uha koji zakreću slušne

koščice tako da se smanji hod koščica i pritisak na pužnicu; na to

utječe i frekvencija, trajanje i pektralni sastav zvuka

za zvukove koji traju više od pola sekunde i nalaze se u čujnom

području, jačina stezanja mišića povećava se povećanjem intenziteta

zvuka počevši od 85 - 90 dB glasnoće za čiste tonove, odnosno od 70

- 75 dB za širokopojasni zvuk

postoji još i ograničenje gibanja bubnjića i koščica zbog određenog

ligamenta koje se pojavljuje kod glasnoće iznad 120 - 130 dB.

dolazi i do nekih drugih promjena na tijelu koje su vidljive izvana:

- trenutna kontrakcije orbitalnih očnih mišića koji zatvaraju kapke

(žmirkanje) i kontrakcije nekih mišića nogu, ruku i leđa koji izazivaju

blagi grč

- refleks okretanja glave i očiju u smjeru izvora zvuka

jačina reakcije proporcionalna je intenzitetu zvuka te obrnuto

proporcionalna vremenu porasta zvuka

na reakciju također utječu i neočekivanost zvuka i pozadinska buka

jačina mišićnog refleksa najviše raste za razine zvučnog tlaka između

90 i 120 dB.

dolazi i do kratkotrajnog porasta krvnog tlaka, porast otkucaja srca i

smanjeni broj udisaja

subjektivne ocjene izloženosti zvuku visokog intenziteta: nelagodu za

zvukove oko 120 dB, "škakljanje" (eng. tickle) za zvukove oko 130 dB i

bol na oko 140 dB

Postoje velike razlike među zdravim pojedincima u ocjenjivanju tih osjećaja

gluhe osobe bi izdržavale buku od 170 dB zvučnog tlaka bez osjećaja

boli što pokazuje da je bubnjić primarni izvor boli.

do gubitka ravnoteže kod izloženosti vrlo glasnoj buci dolazi tek kod

zvučnih tlakova oko 140 dB


ako se buka dovodi samo na jedno uho, gubitak ravnoteže pojavljuje

se već iznad 100 dB

postoji mnogo faktora koji utječu na ocjenu smetnje (spektar buke,

trajanje, neočekivanost, vrijeme dana, itd.)

općenito, ako zvuk dovoljno dugo traje, počinje jako smetati ako se radi

o čistim tonovima glasnijim od 90 dB, ili o šumu glasnijem od 75 dB.

Posljedice zvuka velike glasnoće na sluh

Najuočljivija posljedica je pomak praga čujnosti i dijeli se na:

- privremeni pomak praga čujnosti, TTS (prema eng. temporary threshold shift)

- stalni pomak praga čujnosti, PTS (prema eng. permanent threshold shift

PTS se dijeli u dvije kategorije obzirom na razlog nastanka oštećenja:

- kao posljedica kratkotrajnog djelovanja zvuka vrlo velikog intenziteta (akustička

trauma)

- zbog učestalog izlaganja određenom zvuku ili buci znatno manjeg intenziteta.

Nagluhost i gluhoća

-neznatna nagluhost – osoba ne čuje zvuk razine do 20 dB

- lagana nagluhost – osoba ne čuje zvuk razine 20 - 40 dB

- umjerena nagluhost – osoba ne čuje zvuk razine 40 - 60 dB (što već ulazi u govorni

registar)

- teška nagluhost – osoba ne čuje zvuk razine 60 – 80 dB (po nekim autorima ta

granica je 93 dB). Prag sluha iznad 93 decibela označava se kao gluhoća.

Posljedice djelovanja buke na ljude:

nagluhost i gluhoća (poremećaji u razumijevanju i komunikaciji)

neurovegetativne reakcije (hipertenzija, poremećaji metabolizma i

endokrinološki poremećaji)

umor i psihičke reakcije (razdražljivost)

smanjenje radne i životne sposobnosti.

Doza buke – dozimetri

To su instumenti za cjelodnevno mjerenje i pohranjivanje količine buke. 100% doza je

maksimalna zadana ekvivalentna razina buke mjerena 8 sati. Granične vrijednosti ovise o

zakonodavstvu pojedine države ili službe.

Osobna zaštitna sredstva od buke

To su sredstva za zaštitu sluha koja sprječavaju ulazak zvuka u slušni kanal (čepići,

antifoni), prolazak zvuka vodljivošću lubanjom u sluh (kacige), odnosno ulaska zvuka u samo

tijelo (odijela).


Zakonom je u Republici Hrvatskoj određeno da razina buke ne smije prelaziti

graničnu vrijednost od 90 dBA.

Slika 5. Antifoni i čepići za zaštitu od buke

Mjerenje i određivanje buke pri radu

Da bi se izbjegao nesporazum u komunikaciji ili da bi se spriječilo narušavanje

zdravlja uzrokovano bukom neophodno je izmjeriti jačinu i druge karakteristike buke.

Standardne metode koje je odredila međunarodna organizacija za određivanje (ISO)

obuhvaća tri faktora a to su:

- Razina zvuka (dB)

- Frekvencija (Hz)

- Vrijeme izlaganja buci (sat,minuta)

Za dobivanje točnih podataka neophodno je da instrument bude u razini uha za

vrijeme mjerenja. Frekvencija zvuka se analizira uporabom različitih filtera koji daju različite

detaljne podatke o buci.


MOTORNA PILA (tip): STIHL MS 064

Tablica 1. Mjerenje ukupne razine buke (A- filter)

Režim rada Prazan hod Srednje

opterećenje Puni gas

Razina buke L dBA 89 96,9 111,9

Broj okretaja n min-1 3000 6600 13400

Tablica 2. Mjerenje frekvencijske buke (Oktavni filter)

Odrediti:

- koliko je puta razina izmjerene buke kod punog opterećenja veća od dopuštene razine

buke?

- za koliko dB antifoni moraju snizit razinu buke i u kojem frekvencijskom području? (prema

tablici 2. i pripadajućem grafikonu?

PUNI GAS

Srednje frekvencije oktava

Razina buke

f L

Hz dB

31,5 63

63 68

125 78

250 99

500 111

1000 104

2000 94

4000 80

8000 71

Broj okretaja, n (min-1)


Vibracije

Vibracije motornih pila u prošlosti su uzrokovale brojna profesionalna oboljenja

sjekača. Razvoj amortiziranih upravljačkih ručki te smanjenje mase motornih pila smanjili su

razinu vibracija prve generacije pila na približno jednu desetinu. Šumarstvo se kao

industrijska grana prema statističkim podacima svrstava u jednu od najrizičnijih djelatnosti,

kako po povredama na radu, tako i po profesionalnim oboljenjima. Profesionalna oboljenja

izazvana utjecajem vibracija u šumarstvu su posebice izražene. Da bi se ispravno izabrale

mjere zaštite, ponajprije treba poznavati prirodu vibracija koje se prenose na ruke, kao i

osjetljivost rukovatelja. Najveća opterećenja radnika sjekača zailježena kod obaranja,

kresanja i prepiljivanja stabala. Opterećenje je veće kod sječe bukve u odnosu na sječu

četinjača i veće je pri radu sa starijom motornom pilom. Do oštećenja zdravlja može doći

zbog produženja radnog vremena (više od 4 sata tokom jednog radnog dana), lošeg

održavanja pila, neodgovarajuće tehnike rada, nepoštivanja mjera zaštite na radu itd.

Zaštitne mjere od štetnog djelovanja vibracija su:

zagrijavanje ručke motorne pile za hladnoga vremena

uporaba lakših motornih pila kod kojih je na obje ručke izmjerena

prihvatljiva razina vibracija

redovito održavanje pile (zamjena AV prigušivača najkasnije nakon 300

sati rada pile)

pravilno oštrenje lanca

obveza neprekidne oporabe antivibracijskih rukavica

osiguravanje toplog obroka za vrijeme rada, te izbjegavanje alkohola

osiguran redoviti zdravstveni pregled

poduka o pravilnoj tehnici rada sa motornom pilom i dr...

Pri istraživanju vibracija motornih pila nastoje se ponajprije pronaći odgovori na tri

pitanja:

→ Kakva je razina vibracija na ručkama motornih pila pri različitim režimima rada?

→ Kako odrediti dnevnu izloženost radnika viracijama?

→ Kako odrediti granice dopuštenog izlaganja?

Poznata je činjenica da svaki dio ljudskog organizma ima različite prirodne

frekvencije. Izloženost vibracijama čija se frekvencijska karakteristika može naći u

rezonantnom području s vlastitim frekvencijama dijela ljudskog organizma, multiplicira


posljedice. To je samo po sebi razumljivo, posebice u slučaju sustava šaka-ruka preko

kojega se uglavnom vibracije izravno prenose na tijelo rukovatelja. Isto tako stručnoj je

javnosti poznata činjenica da je sustav šaka - ruka najosjetljiviji na vibracije u frekvencijskom

rasponu od 5 - 30 Hz.

Za ocjenu opasnosti izlaganja vibracijama značajna su 3 parametra: 1. frekvencijska karakteristika vibracija (tablica 3.) 2. razina vibracija ili intenzitet (tablica 4.) 3. vrijeme izlaganja vibracijama.

Slika 6. Mehanički model čovjeka - prikaz opsega rezonantnih frekvencija

različitih dijelova tijela

Postupci mjerenja razine vibracija lančanih pila određeni su nacionalnim i

međunarodnim normama. Za ocjenu i izbor motorne pile najznačajnija je razina vibracija u

pojedinim osima (X, Y i Z) izmjerena tijekom rezanja. Kao granica izloženosti radnika

vibracijama rabi se WAS vrijednost (vektorski zbroj vrednovanih ubrzanja vibracija u sva tri

smjera). Da bi se izloženost rukovatelja pilom držala u podnošljivim granicama smatra se da

razina vibracija iskazana WAS vrijednošću tijekom prepiljivanja ne bi smjela prelaziti razinu

od 5 m/s2 (A(8)- ahw,8h= 5 m/s²).


Slika 7. WAS (engl. Weighted Acceleration Sum) prikazan kao prostorna dijagonala

izmjerenih vrijednosti ubrzanja (vibracija) u 3 smjera.

Prilikom rada sa motornom pilom najštetniji je utjecaj vibracija kada ona radi u

praznom hodu (od 2500 do 3000 min-1) kada se postiže rezonantna frekvencija šake (30 – 50

Hz). Dugotrajnom izlaganju takvim vibracijama kod radnika dolazi do pojave profesionalne

bolesti tzv. bolesti bijelih prstiju kod koje dolazi do pucanja kapilara u vršcima prstiju te zbog

nedovoljne prokrvljenosti i odumiranja živaca.

Posljedice tog su:

KRVNE ŽILE: ograničeno bljedilo, izraziti osjećaj hladnoće, poremećen osjet,

trnci, obamrlost, bolovi u prstima i šakama nakon podražaja.

KOŠTANO-ZGLOBNI I MIŠIĆNI SUSTAV: deformacije zglobova ruku,

promjene u tkivu oko zglobova lakta i ramena, zadebljanja tkiva u ručnom

zglobu, smanjena spretnost šaka, mišićna slabost

OSTALI ORGANSKI SUSTAVI: koža - zadebljanja ili stanjenja kože, noktiju i

potkožnog tkiva, poremećaji ravnoteže, smetnje cirkulacije u mozgu, srcu i

oku.

Mjerenje vibracija se obavlja sa mjernim uređajem koji se naziva vibrometar.

Vibrometar je uređaj koji se sastoji od slijedećih osnovnih dijelova:

troosni akcelerometar

uređaj za mjerenje i pohranjivanje mjerenja

nosač za troosni akcelerometar

Kao što se kod mjerenja buke koriste različiti filteri, tako se i kod mjerenja vibracija

isto koristi filter koji se naziva ISO filter koji daje veće značenje nižim vrijednostima

frekvencije ubrzanja koje su ujedno i štetnije za sustav šaka – ruka kod rukkovatelja

motornom pilom.


Slika 8. Vibrometar Brüel & Kjær tip 4447, troosni akcelerometar, nosač i mjerenje na

stražnjoj ručci.

Mjerenje vibracija se obavlja na prednjoj i stražnjoj ručci motorne pile u dva režima

rada – prazni hod i puno opterečenje, dakle ukupno 4 mjerenja.

Dnevna izloženost A(8), na osnovi koje se procjenjuju rizici izlaganja, uključuje i

vrijeme izlaganja te se prema preporuci izračunava iz relacije:

- T - ukupno vrijeme dnevnog izlaganja vibracijama

- ahv - intenzitet dnevnog izlaganja vibracijama

- To - frekventno vrijeme (raspoloživo vrijeme od 8 h odnosno 28800 s)

Ukoliko se tijekom radnoga dana mijenja razina vibracija ili se mijenja njihova

frekvencijska karakteristika, dnevnu izloženost se izračunava prema izrazu:

- ahvi - sveukupna izloženost vibracijama (rezultantni vektor) za i-tu operaciju,

- N - je broj i-te operacije,

- Ti - je vrijeme trajanja te iste operacije

- To - frekventno vrijeme

Dnevna se izloženost radnika vibracijama može smanjiti na tri načina:

organizacijom na radilištu tj. kombiniranjem radnih aktivnosti tijekom smjene

smanjenjem vremena izlaganja


prigušenjem vibracija u onom frekvencijskom rasponu u kojem su ruke najosjetljivije –

antivibracijskim rukavicama.

Slika 9. Antivibracijske rukavice


Tablica 3. Frekvencijska analiza vrijednosti ubrzanja

Srednja frekvencija Efektivne vrijednosti ubrzanja [m/s

2]

[terci] x - os y - os z - os

Hz m/s

2

20 0,9 0,8 5

31,5 1,5 1,6 2

50 2 2 5

80 3,2 5 12

125 15,2 20 32

250 11 10 10


Grafikon 3. Izloženost vibracijama za predviđenu pojavnost od 10% bolesti bijelih

prstiju.

Tablica 4. Izmjerene vrijednosti ubrzanja troosnim akcelerometrom

Mj. br. 1.- Prednja ručka- ler gas

X Y Z WAS

RMS [m/s2] 5,7 3,5 3,2

MTVV [m/s2] 6,2 4,0 4,0

A(8) [m/s2]

Mj. br. 2. Prednja ručka- pun gas

RMS [m/s2] 2,8 2,7 4,1

MTVV [m/s2] 2,9 2,8 4,3

A(8) [m/s2]

Mj. br. 3. Stražnja ručka- ler gas

RMS [m/s2] 5,5 3,6 15,7

MTVV [m/s2] 6,6 4,3 16,6

A(8) [m/s2]

Mj. br. 4. Stražnja ručka- pun gas

RMS [m/s2] 2,1 1,4 2,0

MTVV [m/s2] 2,3 1,5 3,6

A(8) [m/s2]


Grafikon 4. Određivanje predviđenog postotka oboljelih radnika u godinama pomoću sume

vrednovanih ubrzanja u sva tri smjera (WAS).

Objašnjenje pojmova: - RMS- izmjerena razina vibracija

- MTVV- Maximum Transient Vibration Value (maksimalna prolazna

vrijednost vibracija)

- A(8)- Daily vibration exposure (dnevna izloženost radnika vibracijama)

- VTV- Vibration Total Value (ukupna vrijednost vibracija)

- WAS- Weighted Acceleration Sum (suma vrednovanih ubrzanja u sva

tri smjera)

- X, Y i Z- osi mjerenja vibracija


Odrediti:

- koliko sati radnik smije dnevno raditi sa motornom pilom da nebi došlo do

prijevremenih neželjenih posljedica (vibracijske bolesti)? (prema tablici 3. i

pripadajućem grafikonu)

- za koliko godina je moguće očekivati 10% pojavnosti bijelih prstiju kod ispitivane

motorne pile uzimajući u obzir najveću izmjerenu vrijednost A(8) (prema grafikonu 3.);

- izračunati WAS vrijednost za sva četiri mjerenja;

- odrediti prema Grafikonu 4. za koliko godina je moguće očekivati 30% radnika kod

kojih će se pojaviti bolest bijelih prstiju (uzeti u obzir najveću izmjerenu WAS

vrijednost),

buka - sumfak.unizg.hr mjerna vježba: buka i vibracije motorne pile

Documents