某大型機(jī)加車間數(shù)控機(jī)床噪聲暴露特點與分析研究*

劉 茜，史聰靈，伍彬彬，胥 旋，石杰紅，王 瑩 , 王 飛

(1.中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院 地鐵火災(zāi)與客流疏運(yùn)安全北京市重點實驗室，北京 100012；2.中車長春軌道客車股份有限公司，吉林 長春 130062)

0 引言

工業(yè)生產(chǎn)中，噪聲問題一直被人們所關(guān)注。在眾多的工業(yè)噪聲源中，大型機(jī)械加工廠房機(jī)加設(shè)備噪聲情況復(fù)雜且問題較為突出。本文通過對某大型機(jī)加車間某數(shù)控機(jī)床噪聲現(xiàn)場實測，應(yīng)用現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)GBZ/T189.8-2007《工作場所物理因素測量噪聲》[1]，GBZ2.2-2007《工業(yè)場所有害因素職業(yè)接觸限值 第2部分：物理因素》[2]，GB/T 21230-2014 《聲學(xué) 職業(yè)噪聲暴露的測量 工程法》[3]等有關(guān)要求進(jìn)行分析，研究結(jié)果可為進(jìn)一步研究大型機(jī)加廠房噪聲特性和對暴露者的影響提供參考。

1 測量準(zhǔn)備

測量使用B&K2250 1級積分聲級計和CASELLA350 2級個體聲暴露計進(jìn)行測量。用Sound Calibrator Type 4231進(jìn)行了校準(zhǔn)。

采用A計權(quán)，“S(慢)”檔，取值為聲級LAeq。傳聲器的指向為聲源的方向。應(yīng)保持測試者與傳聲器的間距大于0.5 m。傳聲器應(yīng)放置在勞動者工作時耳部的高度，站立為1.5 m。個體聲暴露計傳聲器應(yīng)盡可能地放在離外耳道入口大約0.1 m的位置。

工作場所聲場分布均勻，A聲級差別小于3 dB(A)，選擇3個測點，取平均值。工作場所分布不均勻時，應(yīng)將其劃分若干聲級區(qū)，同一聲級區(qū)內(nèi)聲級差小于3 dB(A)。每個區(qū)域內(nèi)，選擇2個測點，取平均值。穩(wěn)態(tài)噪聲的工作場所，每個測點測量3次，取平均值。非穩(wěn)態(tài)噪聲的工作場所，根據(jù)聲級變化(聲級波動大于等于3 dB(A))確定時間段，測量時間段的等效聲級，記錄時間段的持續(xù)時間。

2 測量結(jié)果及分析

選某機(jī)加車間機(jī)器2作業(yè)區(qū)數(shù)控裙板機(jī)加設(shè)備為測量對象，發(fā)聲源在機(jī)器2作業(yè)區(qū)機(jī)頭處，其他設(shè)備區(qū)設(shè)備測量時停機(jī)。圖1是機(jī)加車間和數(shù)控機(jī)床裙板加工設(shè)備布置示意圖[4]。

圖1 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)備布置示意Fig.1 The layout sketch a NC machining equipment of a large machining shop

2.1 裙板機(jī)加車間工作場所噪聲的特點

1)加工某種裙板工件的全過程

某種轉(zhuǎn)向架平板加工工序需要3個步驟，每步用不同的刀具，3個刀具完成加工某轉(zhuǎn)向架平板。第1步是鉆孔，持續(xù)時間3 min；第2步是打磨，持續(xù)時間是2 min；第3步是切削，持續(xù)時間2.5 min。圖2是裙板機(jī)加設(shè)備加工轉(zhuǎn)向架平板現(xiàn)場加工過程示意圖，它記錄了某轉(zhuǎn)向架平板的加工全過程。從圖2可以看到，加工1個轉(zhuǎn)向架平板件需要持續(xù)時間7.5 min。

圖2 加工1個轉(zhuǎn)向架平板過程噪聲變化Fig.2 Changes noise of a process board

2)加工1個工件產(chǎn)生的噪聲是非穩(wěn)態(tài)的噪聲

由圖2可見，機(jī)加工工件操作過程中噪聲不是固定值，1個加工件加工分幾段，每段加工機(jī)器自動換不同的刀具，加工過程產(chǎn)生噪聲是變化的，30 s內(nèi)出現(xiàn)幾個峰值，聲級變化大于等于3 dB(A)。表1給出加工1個轉(zhuǎn)向板的過程數(shù)據(jù)。GBZ 2.2-2007《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值 第2部分：物理因素》[2]規(guī)定，非穩(wěn)態(tài)噪聲的工作場所根據(jù)聲級變化(聲級波動大于等于3 dB(A))確定時間段，測量時間段的等效聲級，記錄時間段的持續(xù)時間。

因此，加工1個轉(zhuǎn)向板產(chǎn)生的噪聲是非穩(wěn)態(tài)的噪聲。

同1個機(jī)床加工不同機(jī)件，所輻射出的噪聲數(shù)值不同。以裙板機(jī)加車間設(shè)備加工4種工件為例說明。圖3～6是加工這4種工件的噪聲實時過程聲級圖。

圖3～6，是4種不同板材加工過程。圖3是加工1個轉(zhuǎn)向架平板，持續(xù)時間是7.5 min，操作工位LAeq值是87.5 dB(A)；圖4是加工1個中間有孔中間裙板，持續(xù)時間是16 min，操作工位LAeq值是90.1 dB(A)；圖5是加工1個短型中間裙板，持續(xù)時間是12 min，操作工位LAeq值是90.3 dB(A)；圖6是加工1個長型中間裙板，持續(xù)時間是10 min, 操作工位LAeq值是90.2 dB(A)。

本文取加工1個件的時間為測量時間。

2.2 裙板機(jī)加車間工作場所噪聲的分布

對該車間布點測試，共布置67個測點，見圖7[5]。67個測點加工工件是第Ⅰ種轉(zhuǎn)向架平板，測量時間段是加工1個轉(zhuǎn)向架板所用時間。67個測點的測量數(shù)據(jù)見表2[6]。

帶寬矢量h可以通過質(zhì)點群的方差依比例進(jìn)行設(shè)定，這主要是通過對協(xié)方差矩陣進(jìn)行Cholesky分解計算得到（Bickel and Levina，2008）。

表1 加工某1個轉(zhuǎn)向板的過程數(shù)據(jù)Table 1 Noise dates of a process board

圖3 加工轉(zhuǎn)向架平板(Ⅰ型)的噪聲變化Fig.3 Changes noise ofⅠtype of a process board

圖4 加工中間有孔中間裙板(Ⅱ型)的噪聲變化Fig.4 Changes noise of Ⅱtype of a process board

圖5 加工短型中間裙板(Ⅲ型)的噪聲變化Fig.5 Changes noise of Ⅲtype of a process board

圖6 加工長型中間裙板(Ⅳ型)的噪聲變化Fig.6 Changes noise of Ⅳtype of a process board

根據(jù)圖7的布點位置和表2的測量數(shù)據(jù)，繪制某機(jī)加車間噪聲分布圖，如圖8所示。

圖8顯示了噪聲最大區(qū)域和超標(biāo)區(qū)域，從圖8可見，機(jī)加車間噪聲聲場不均勻，15～20 m衰減到85 dB(A)；25 m左右是83 dB(A)區(qū)域；30～35米是79 dB(A)區(qū)域；40 m以外是76 dB(A)以下區(qū)域。按照GBZ/T189.8-2007《工作場所物理因素測量噪聲》[1]中規(guī)定，工作場所聲級分布不均勻，應(yīng)將其劃分若干聲級區(qū)，同1聲級區(qū)內(nèi)聲級差小于3 dB(A)。按照規(guī)定，將車間劃分6個聲級區(qū)，其中：區(qū)域1是88 dB聲級線以里區(qū)域；區(qū)域2是85 dB聲級線以里，88 dB聲級線以外區(qū)域；區(qū)域3是82 dB聲級線以里，85 dB聲級線以外區(qū)域；區(qū)域4是79 dB聲級線以里，82 dB聲級線以外區(qū)域；區(qū)域5是76 dB聲級線以里，79 dB聲級線以外區(qū)域；區(qū)域6是76 dB聲級線以外區(qū)域。每個區(qū)域內(nèi)，選2個測點，取平均值。通過測量得出以下結(jié)果：區(qū)域1和區(qū)域2為超標(biāo)區(qū)；區(qū)域3,4,5和6為不超標(biāo)區(qū)[8]。如表3所示。

圖7 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)備測點布置示意Fig.7 Test point layout diagram of a NC machining equipment in a large machining shop

表2 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)備噪聲測量數(shù)據(jù)Table 2 Noise measuring results of test points of a NC machining equipment in a large machining shop

圖8 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)備噪聲分布Fig.8 Noise distribution nephogram of a NC machining equipment in a large machining shop

通過以上現(xiàn)場測量結(jié)果，得出測量機(jī)加車間現(xiàn)場2個區(qū)域必須要重點測量：①距發(fā)聲機(jī)加設(shè)備周圍20 m以內(nèi)，因為該區(qū)域為超標(biāo)區(qū)域；②車間內(nèi)的人行走道和通道，因為該區(qū)域無障礙物遮擋，噪聲值高而且傳的遠(yuǎn)，且是車間人員駐留和人員較密集的地方[9]。

以上分析看到：某裙板機(jī)加車間工作場所噪聲分布不均勻，區(qū)域1和區(qū)域2為超標(biāo)區(qū)[10]。

表3 6個區(qū)域的噪聲平均值Table 3 Zone of noise average value

2.3 操作人員1 d工作時間噪聲的暴露

操作工人的工作不連續(xù)，加工2個件之間有間歇，這個時間是整理時間、搬運(yùn)時間、碼放時間、安裝固定機(jī)件的時間。所以在1 d的工作時間中，噪聲值時刻在變化。以下以某機(jī)加車間某裙板機(jī)設(shè)備操作工為例具體說明操作人員1 d工作時間噪聲的暴露量。

圖9是數(shù)控裙板機(jī)固定操作位工人1 d 8 h的噪聲記錄，操作工位LAeq,8h值是89.2 dB(A)。圖10是數(shù)控龍門銑床固定操作位工人1 d 8 h的噪聲記錄，操作工位LAeq,8h值是90.4 dB(A)。

圖9 機(jī)器1數(shù)控裙板機(jī)固定操作工1 d 8 h的噪聲暴露記錄Fig.9 8-hour a day noise exposure of operator No.1 of a NC machine tool

圖10 機(jī)器2數(shù)控龍門銑床固定操作工1 d天 8 h的噪聲暴露記錄Fig.10 8-hour a day noise exposure of operator No.2 of a NC machine tool

從圖9和圖10可以看到，工人8 h記錄中，噪聲值始終在變化，機(jī)加操作工人噪聲的特點：瞬間幅值可達(dá)到114.9 dB(A)的變化；在整個1 d 8 h的工作環(huán)境中，噪聲屬于非穩(wěn)態(tài)。

2.4 裙板機(jī)加設(shè)備頻譜傳播的特點

圖11 加工轉(zhuǎn)向板時機(jī)器2作業(yè)區(qū)數(shù)控裙板機(jī)加設(shè)備操作位置噪聲頻譜Fig.11 Noise spectrum of operating position in a NC machining equipment

圖12 機(jī)器2作業(yè)區(qū)數(shù)控裙板機(jī)加設(shè)備加工轉(zhuǎn)向板時測點隨距離變化噪聲的峰值位置Fig.12 Noise spectrum varying of a NC machining equipment with change distance

2.5 裙板機(jī)加車間人員噪聲暴露的計算

通過以上測量，裙板機(jī)加工作現(xiàn)場是非穩(wěn)態(tài)噪聲的工作場所，根據(jù)GBZ/T189.8-2007《工作場所物理因素測量噪聲》規(guī)定，按聲級相近的原則把1 d的工作時間分為n個時間段，用積分聲級計測量每個時間段的等效聲級LAeq,Ti，按照公式(1)計算全天的等效聲級：

(1)

式中：LAeq,T表示全天的等效聲級。

根據(jù)等能量原理將1 d實際工作時間內(nèi)接觸噪聲強(qiáng)度規(guī)格化到工作8 h的等效聲級，按公式(2)計算：

(2)

式中：LEX,8 h表示1 d實際工作時間內(nèi)接觸噪聲強(qiáng)度規(guī)格化到8 h的等效聲級。

本文以裙板加工操作工為例。測量時，車間只有1臺數(shù)控加工機(jī)床裙板機(jī)開起。表4是操作數(shù)控加工機(jī)床工作人員在不同時間段Ti的不同作業(yè)活動。測量每個時間段Ti內(nèi)等效連續(xù)A計權(quán)聲壓級LAeq,Ti。得到該操作工1 d實際工作時間8 h內(nèi)接觸噪聲強(qiáng)度的等效聲級。

表4 計算等效連續(xù)A計權(quán)聲壓級實例Table 4 An example of LAeq,8h based job operation

根據(jù)公式(1)來計算LAeq,8h(單位：dB)：T=∑Ti=8 h；LAeq,8h=86.4。

3 結(jié)論

1)裙板機(jī)加車間工作場所噪聲存在分布不均勻、非穩(wěn)態(tài)、波動大、瞬間測量可復(fù)制性較差等特點。

2)從測量得出，操作者在每日8 h工作時間里，噪聲是非穩(wěn)態(tài)的，最大值為114.9 dB(A)；在機(jī)床加工工件過程中，30 s內(nèi)聲級變化大于3 dB(A)。

3)大型機(jī)加設(shè)備產(chǎn)生的噪聲在廠房中不均勻傳播。通過測量得出，發(fā)聲源周圍20 m以內(nèi)超標(biāo)的可能性大，應(yīng)重點測量。

4)廠房內(nèi)的走道和通道應(yīng)重點測量。

5)對于非穩(wěn)態(tài)噪聲工作場所，測量時間段的選取是測量重點，機(jī)加工場所現(xiàn)場的噪聲級波動大，瞬間噪聲級變化快，瞬間測量可復(fù)制性較差，很難根據(jù)3 dB(A)的波動來確定時間段。因此，對于間斷的單件作業(yè)，可取某個加工件作業(yè)時間為測量時間段；對于連續(xù)的作業(yè)和較長的作業(yè)(大于5 min以上的)，每個測量時間應(yīng)足夠長，覆蓋若干個完整周期，以便得到噪聲級的實際變化。