某大型機加車間數控機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.中國安全生產科學研究院 地鐵火災與客流疏運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

工業生產中，噪聲問題一直被人們所關注。在眾多的工業噪聲源中，大型機械加工廠房機加設備噪聲情況復雜且問題較為突出。本文通過對某大型機加車間某數控機床噪聲現場實測，應用現有國家標準GBZ/T189.8-2007《工作場所物理因素測量噪聲》[1]，GBZ2.2-2007《工業場所有害因素職業接觸限值 第2部分：物理因素》[2]，GB/T 21230-2014 《聲學 職業噪聲暴露的測量 工程法》[3]等有關要求進行分析，研究結果可為進一步研究大型機加廠房噪聲特性和對暴露者的影響提供參考。

1 測量準備

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

采用A計權，“S(慢)”檔，取值為聲級LAeq。傳聲器的指向為聲源的方向。應保持測試者與傳聲器的間距大于0.5 m。傳聲器應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，應將其劃分若干聲級區，同一聲級區內聲級差小于3 dB(A)。每個區域內，選擇2個測點，取平均值。穩態噪聲的工作場所，每個測點測量3次，取平均值。非穩態噪聲的工作場所，根據聲級變化(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，記錄時間段的持續時間。

2 測量結果及分析

選某機加車間機器2作業區數控裙板機加設備為測量對象，發聲源在機器2作業區機頭處，其他設備區設備測量時停機。圖1是機加車間和數控機床裙板加工設備布置示意圖[4]。

圖1 某機加車間機器2作業區數控裙板機加設備布置示意Fig.1 The layout sketch a NC machining equipment of a large machining shop

2.1 裙板機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向架平板。第1步是鉆孔，持續時間3 min；第2步是打磨，持續時間是2 min；第3步是切削，持續時間2.5 min。圖2是裙板機加設備加工轉向架平板現場加工過程示意圖，它記錄了某轉向架平板的加工全過程。從圖2可以看到，加工1個轉向架平板件需要持續時間7.5 min。

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

2)加工1個工件產生的噪聲是非穩態的噪聲

由圖2可見，機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，每段加工機器自動換不同的刀具，加工過程產生噪聲是變化的，30 s內出現幾個峰值，聲級變化大于等于3 dB(A)。表1給出加工1個轉向板的過程數據。GBZ 2.2-2007《工作場所有害因素職業接觸限值 第2部分：物理因素》[2]規定，非穩態噪聲的工作場所根據聲級變化(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，記錄時間段的持續時間。

因此，加工1個轉向板產生的噪聲是非穩態的噪聲。

同1個機床加工不同機件，所輻射出的噪聲數值不同。以裙板機加車間設備加工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個轉向架平板，持續時間是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種轉向架平板，測量時間段是加工1個轉向架板所用時間。67個測點的測量數據見表2[6]。

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

表1 加工某1個轉向板的過程數據Table 1 Noise dates of a process board

圖3 加工轉向架平板(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

根據圖7的布點位置和表2的測量數據，繪制某機加車間噪聲分布圖，如圖8所示。

圖8顯示了噪聲最大區域和超標區域，從圖8可見，機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)區域；30～35米是79 dB(A)區域；40 m以外是76 dB(A)以下區域。按照GBZ/T189.8-2007《工作場所物理因素測量噪聲》[1]中規定，工作場所聲級分布不均勻，應將其劃分若干聲級區，同1聲級區內聲級差小于3 dB(A)。按照規定，將車間劃分6個聲級區，其中：區域1是88 dB聲級線以里區域；區域2是85 dB聲級線以里，88 dB聲級線以外區域；區域3是82 dB聲級線以里，85 dB聲級線以外區域；區域4是79 dB聲級線以里，82 dB聲級線以外區域；區域5是76 dB聲級線以里，79 dB聲級線以外區域；區域6是76 dB聲級線以外區域。每個區域內，選2個測點，取平均值。通過測量得出以下結果：區域1和區域2為超標區；區域3,4,5和6為不超標區[8]。如表3所示。

圖7 某機加車間機器2作業區數控裙板機加設備測點布置示意Fig.7 Test point layout diagram of a NC machining equipment in a large machining shop

表2 某機加車間機器2作業區數控裙板機加設備噪聲測量數據Table 2 Noise measuring results of test points of a NC machining equipment in a large machining shop

圖8 某機加車間機器2作業區數控裙板機加設備噪聲分布Fig.8 Noise distribution nephogram of a NC machining equipment in a large machining shop

通過以上現場測量結果，得出測量機加車間現場2個區域必須要重點測量：①距發聲機加設備周圍20 m以內，因為該區域為超標區域；②車間內的人行走道和通道，因為該區域無障礙物遮擋，噪聲值高而且傳的遠，且是車間人員駐留和人員較密集的地方[9]。

以上分析看到：某裙板機加車間工作場所噪聲分布不均勻，區域1和區域2為超標區[10]。

表3 6個區域的噪聲平均值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，加工2個件之間有間歇，這個時間是整理時間、搬運時間、碼放時間、安裝固定機件的時間。所以在1 d的工作時間中，噪聲值時刻在變化。以下以某機加車間某裙板機設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是數控裙板機固定操作位工人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 機器1數控裙板機固定操作工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 機器2數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，機加操作工人噪聲的特點：瞬間幅值可達到114.9 dB(A)的變化；在整個1 d 8 h的工作環境中，噪聲屬于非穩態。

2.4 裙板機加設備頻譜傳播的特點

圖11 加工轉向板時機器2作業區數控裙板機加設備操作位置噪聲頻譜Fig.11 Noise spectrum of operating position in a NC machining equipment

圖12 機器2作業區數控裙板機加設備加工轉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 裙板機加車間人員噪聲暴露的計算

通過以上測量，裙板機加工作現場是非穩態噪聲的工作場所，根據GBZ/T189.8-2007《工作場所物理因素測量噪聲》規定，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。

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

(2)

式中：LEX,8 h表示1 d實際工作時間內接觸噪聲強度規格化到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臺數控加工機床裙板機開起。表4是操作數控加工機床工作人員在不同時間段Ti的不同作業活動。測量每個時間段Ti內等效連續A計權聲壓級LAeq,Ti。得到該操作工1 d實際工作時間8 h內接觸噪聲強度的等效聲級。

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

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

3 結論

1)裙板機加車間工作場所噪聲存在分布不均勻、非穩態、波動大、瞬間測量可復制性較差等特點。

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

3)大型機加設備產生的噪聲在廠房中不均勻傳播。通過測量得出，發聲源周圍20 m以內超標的可能性大，應重點測量。

4)廠房內的走道和通道應重點測量。

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