11. Охрана труда и экологическая безопасность
Защита от ультразвука при эксплуатации физиотерапевтического устройства
Физиотерапевтическое устройство на основе применения упругих волн является изделием медицинской техники. Оно предназначено для лечения различных заболеваний. Высокая эффективность лечения достигается многократным увеличением микрокапиллярного кровотока и лимфотока в ограниченной болезненной области.
Основным элементом физиотерапевтического устройства является ультразвуковой генератор, который работает в диапазоне от 20 до 66 кГц.
Низкочастотная ультразвуковая аппаратура генерирует интенсивный слышимый шум, особенно когда она работает в области ниже 20 кГц. Спектр этого шума является дискретным: на рабочей частоте и первой субгармонике отмечается резкий подъем уровня звукового давления [34].
Частота меняется плавно. Каждый из диапазонов имеет импульсный режим. Интенсивность ультразвука в приборе не превышает 1,2 Вт/см2.
При разработке устройства имеют место следующие вредные факторы: поражение электрическим током (вся аппаратура работает от сети 220 В, 50 Гц), воздействие ультразвука (источником ультразвука является УЗ генератор), а также опасность возникновения пожара (в случае короткого замыкания возможно возгорание изоляции). Все эти факторы негативно влияют на здоровье человека, а в некоторых случаях могут быть опасны для жизни.
При воздействии ультразвука на организм человека, происходит нагрев тела, а при воздействии колебаний на руки через жидкие и твёрдые среды может быть разрыв и разрушение тканей.
Согласно [35] характеристикой ультразвука, создаваемого колебаниями воздушной среды в рабочей зоне, являются уровни звукового давления (дБ) в третьоктавных полосах со среднегеометрическими частотами от 12.5 до 100.0 кГц.
Допустимые уровни звукового давления на рабочих местах при действии ультразвука в зависимости от среднегеоментрических частот 1/3 октавных полос не должны превышать значений приведенных в таблице 11.1.
| Среднегеом. частота, кГц | 12,5 | 16,0 | 20,0 | 26,0 | 31,5 - 100,0 |
| Уровни зв. давления, дБ | 80 | 90 | 100 | 106 | 110 |
Допустимые уровни ультразвука в зонах контакта рук и других частей тела оператора с рабочими органами установок не должны превышать 110дБ [36].
При суммарном времени воздействия ультразвука от 1 до 4 ч в смену норматив допускается увеличивать на 6 дБ; при воздействии от 1/4 до 1 ч - на 8 дБ; от 5 до 15 мин. - на 12 дБ; от 1 до 5 мин. - на 24 дБ.
Как уже отмечалось, данное физиотерапевтическое устройство работает на частотах 18-66 кГц. При частоте 18 кГц это устройство создает слышимый шум. Специальные исследования по воздействию ультразвуковых колебаний на человека показали, что при частоте 20 кГц и звуковом давлении до 100 дБ ультразвук не представляет опасности для организма. Худшие условия наблюдаются на частотах ниже 20 кГц, когда даже при небольшом уровне звукового давления слуховое утомление наблюдается через несколько минут непрерывной работы.
Предельно допустимым уровнем звукового давления в 1/3-октавной полосе на среднегеометрической частоте 20 кГц считают 95 дБ.
Эффективным средством индивидуальной защиты от шума при работе с устройством могут служить заглушки - пробки из ультратонкой стекловаты, вставляемые в уши оператора; это ослабляет шум на 20 - 25 дБ. Другим эффективным средством индивидуальной защиты от шума при работе на ультразвуковых установках с повышенным уровнем звукового давления являются противошумные наушники типа ВЦНИИОТ-2. Такие наушники снижают уровень воспринимаемого шума не менее чем на 40 дБ [37].
Ослабление звуков противошумными наушниками приведено в таблице 11.2.
| Частота, кГц | 1,0 | 2,0 | 4,0 | 6,0 | 8,0 | 10,0 | 18,0 | 20,0 |
| Сниж. ур. зв. давл., дБ | 12 | 22 | 27 | 28 | 30 | 30 | 40 | 40 |
| Уменьш. громк. в ч-ло раз | 2 | 4 | 6,5 | 7 | 8 | 8 | 9,5 | 10 |
Таким образом, применение противошумных наушников обеспечивает ослабление звукового давления в 10 раз, а это значит, что уровень звукового давления, воздействующего на оператора не будет превышать предельного допустимого значения.
При организации рабочего места следует принимать все меры для снижения ультразвука, воздействующего на человека в рабочей зоне и зоне контакта с человеком до значений, не превышающих допустимые.
Кроме того должны соблюдаться следующие требования:
- устройство, генерирующее шум, в котором уровни звуковых давлений в частотных полосах спектра превышают допустимые значения, должно быть оборудовано звукоизолирующим кожухам и экраном. Кожух изготовляется из 1-мм листовой стали, покрытой противошумной мастикой.
Основным условием, обеспечивающим хорошую эффективность звукоизоляции, является отсутствие щелей и отверстий в кожухе.
- устройство должно иметь блокировку, отключающую преобразователи при открывании кожухов;
- экран рекомендуется использовать для защиты от направленных звуковых волн, излучаемых установкой. Экран целесообразно использовать в больших рабочих помещениях или в малых, имеющих звукопоглащающие облицовки. Прозрачные экраны могут выполняться из оргстекла 3-5 мм;
- провода, соединяющие генератор с преобразователем, должны быть экранированы.
Если использовать экран, то необходимо знать эффективность ослабления шума этим экраном. Расчет ослабления шума ультразвуковых установок при использовании экранов производится следующим образом.
Требуется определить ожидаемый уровень УЗ давления , требуемое снижение его в расчетной точке помещения; разработать мероприятия по его снижению.
Расчетная точка находится на расстоянии 0,5 м от устройства.
Техническая характеристика УЗ аппарата: а) интенсивность - 0,5-1,2 Вт/см2; б) рабочая частота - 20 кГц; в) амплитуда колебаний - 20 мкм.
Ультразвуковые излучатели, размеры колеблющихся элементов которых велики по сравнению с длиной волны, создают плоскую бегущую волну [38]. Амлитуда колебательной скорости рассчитывается по следующей формуле:
V=2*p*f*A,(11.1)
где f - частота излучения;
А - амплитуда УЗ колебаний.
Тогда
V=2*3,14*20,0*0,2=2,52*10-2м/с.
Зная мощность УЗ излучателя Р и амплитуду колебательной скорости находим УЗ давление по формуле:
р=2*Р/V,(11.2)
где р - УЗ давление, Па.
Следовательно,
р=8 Па
Уровень интенсивности ультразвука численно равен уровню УЗ давления, определяемого из выражения:
L=20*lgp/po,(11.3)
где po - пороговое значение звукового давления, (2*10-5Па)
L=20*lg 8/2*10-5=124
Согласно [35] допустимый уровень звукового давления в производственном помещении составляет 110 дБ для восьмичасового рабочего дня.
Следовательно, требуемое снижение уровня звукового давления составляет:
LТР=L-LДОП,(11.4)
LТР=124-110=14 дБ
Таким образом необходимое снижение уровня звукового давления составляет 14 дБ.
заключение
На основе анализа литературных источников и патентных исследований был определен прототип аппарата, который использован как основа для проектирования. В состав спроектированного устройства включен электронный таймер, с помощью которого задается время процедур.
Исходя из анализа современных устройств для лечебного и терапевтического воздействия была разработана структурная схема устройства, которая включает в себя следующие блоки: задающий генератор, электронный таймер реального времени, электронный ключ, дешифратор, формирователь импульсов, генератор управляемый напряжением (ГУН), усилитель мощности (УМ), счетчик, модулятор, блок индикации режима работы, излучатель.
Были произведены расчеты основных параметров схемы: трансформатора, который имеет следующие габаритные размеры 50x30x30 мм и коэффициент трансформации N=0,07; задающего генератора (частоту модуляции счетчика) и электронного таймера; электрические параметры усилительного выходного каскада.
Так как к разрабатываемому устройству не предъявляется повышенных требований к диапазону рабочих температур и других дестабилизирующих факторов, то в приборе применены дешевые электрорадиоэлементы, имеющие малые габариты и потребляемую мощность.
Выполнен расчет компоновочных характеристик и обоснование конструкторского исполнения устройства.
Физиотерапевтическое устройство технологично в изготовлении в условиях мелкосерийного производства с программой выпуска до 1000шт/год. Комплексный показатель технологичности составил 0,85. Время восстановление вполне удовлетворительное (1,26 часа) для такого класса устройств. Вероятность безотказной работы с учетом восстановления 0,678. Полученные данные удовлетворяют требованиям ТЗ по надёжности.