葉 凱，陸兆鵬，江 輝

（武漢船用機(jī)械有限責(zé)任公司，武漢 430084）

0 引言

近年來(lái)船舶噪聲問(wèn)題越來(lái)越引起關(guān)注。船舶噪聲不僅對(duì)隨船工作人員的工作環(huán)境及健康等造成不利影響，還給航行區(qū)域的海洋環(huán)境以及停泊作業(yè)的港區(qū)環(huán)境等帶來(lái)噪聲污染。

2012年11月30日，國(guó)際海事組織（IMO）海上安全委員會(huì)第91次會(huì)議正式通過(guò)《船上噪聲等級(jí)規(guī)則》，明確船舶相關(guān)區(qū)域噪聲限值要求。該《規(guī)則》作為強(qiáng)制要求，于2014年7月1日起正式實(shí)施。營(yíng)運(yùn)船舶噪聲級(jí)標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格。

1 船用甲板起重機(jī)噪聲問(wèn)題現(xiàn)狀

船用甲板起重機(jī)作為布置在船舶甲板上的配套設(shè)備，在船舶航行期間處于存放狀態(tài)，在船舶靠港進(jìn)行貨物裝卸時(shí)投入使用。此時(shí)甲板起重機(jī)產(chǎn)生的噪聲會(huì)對(duì)船舶值班站和居住處所產(chǎn)生影響，需執(zhí)行《船上噪聲等級(jí)規(guī)則》中的相關(guān)要求，“當(dāng)船舶貨物裝卸設(shè)備的噪聲可能導(dǎo)致受其作業(yè)影響的值班站和居住處所的噪聲高于最大噪聲級(jí)，應(yīng)進(jìn)行測(cè)量”?！兑?guī)則》中對(duì)船舶值班站和居住處所的噪聲級(jí)限值有明確要求，但由于起重機(jī)噪聲僅僅是船舶值班站和居住處所噪聲級(jí)的影響因素之一，并不能得出甲板起重機(jī)工作時(shí)的噪聲級(jí)限值要求。

另一方面，甲板起重機(jī)通常是由碼頭工人進(jìn)行操作使用的，起重機(jī)噪聲大小直接關(guān)系到碼頭工人的作業(yè)環(huán)境和身體健康。相關(guān)研究表明，作業(yè)環(huán)境噪聲超過(guò)一定值，就會(huì)對(duì)人員的作業(yè)效率產(chǎn)生明顯的負(fù)面影響，嚴(yán)重的，將引發(fā)操作失誤，造成安全事故。有鑒于此，《國(guó)際勞工組織》第152號(hào)公約《碼頭作業(yè)安全和衛(wèi)生公約》明確要求工作場(chǎng)所應(yīng)采取合適的措施，防止作業(yè)人員承受超標(biāo)噪聲產(chǎn)生的有害影響。但《公約》并未給出允許的噪聲標(biāo)準(zhǔn)。

最后，船用甲板起重機(jī)作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的噪聲也成為了港口噪聲污染的一個(gè)組成部分。據(jù)了解，歐洲港口組織（ESPO）與歐洲生態(tài)港（EcoPorts）會(huì)定期監(jiān)察歐洲港口當(dāng)局的環(huán)保優(yōu)先級(jí)。該組織 2004年的調(diào)查結(jié)果，將噪聲問(wèn)題列為歐洲港口業(yè)界優(yōu)先關(guān)注環(huán)保問(wèn)題的第五位；2009年的調(diào)查結(jié)果，將噪聲問(wèn)題列為歐洲港口業(yè)界優(yōu)先關(guān)注環(huán)保問(wèn)題的首位；而2016年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，則將噪聲問(wèn)題列為第三位，前兩位分別是空氣質(zhì)量和能源消耗。盡管港口噪聲問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)就是港口環(huán)保問(wèn)題的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，但對(duì)于船用甲板起重機(jī)的噪聲其實(shí)并未有專門(mén)的論述。

綜上所述，目前并無(wú)專門(mén)的規(guī)范或明確的標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)對(duì)船用甲板起重機(jī)的噪聲級(jí)限值做出規(guī)定。但隨著船舶整體噪聲限值要求越來(lái)越嚴(yán)格，相關(guān)碼頭作業(yè)規(guī)范的日趨完善，以及港口環(huán)境噪聲問(wèn)題獲得的廣泛關(guān)注，船用甲板起重機(jī)噪聲問(wèn)題終將得到重視，出臺(tái)必要的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)，明確其噪聲級(jí)限值要求。

2 船用甲板起重機(jī)噪聲來(lái)源分析

船用甲板起重機(jī)按照動(dòng)力源主要分為電動(dòng)液壓型和純電動(dòng)型。由于電動(dòng)液壓型甲板起重機(jī)的噪聲來(lái)源比純電動(dòng)型更加復(fù)雜多樣，且實(shí)船配套數(shù)量上也更多，因此本文將著重分析電動(dòng)液壓型船用甲板起重機(jī)的噪聲來(lái)源。

根據(jù)起重機(jī)傳動(dòng)部件的類型，可以將噪聲來(lái)源歸為機(jī)械噪聲和液壓（流體）噪聲兩大類。

2.1 機(jī)械噪聲

機(jī)械零部件之間，由于傳動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的撞擊、摩擦和振動(dòng)等，會(huì)產(chǎn)生不同程度的噪聲。當(dāng)撞擊、摩擦和振動(dòng)等超出合理的設(shè)計(jì)范圍，可能使噪聲達(dá)到無(wú)法接受的程度。船用液壓起重機(jī)機(jī)械噪聲主要包含電動(dòng)機(jī)噪聲、聯(lián)軸器噪聲以及減速機(jī)、滑輪等其他機(jī)械傳動(dòng)部件噪聲。

2.1.1 電動(dòng)機(jī)噪聲

電動(dòng)機(jī)根據(jù)其組成結(jié)構(gòu)和功能原理，運(yùn)行時(shí)發(fā)出的噪聲主要有機(jī)械噪聲、電磁噪聲和空氣動(dòng)力噪聲。電動(dòng)液壓起重機(jī)通常配有一個(gè)主電機(jī)和一個(gè)冷卻系統(tǒng)用電機(jī)。

機(jī)械噪聲由低頻噪聲和高頻噪聲2個(gè)部分組成。低頻噪聲通常來(lái)自于電機(jī)自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，高頻噪聲則需要考慮其安裝的合理性，以及與外部結(jié)構(gòu)如基座間的共振。電磁噪聲主要是電機(jī)中周期變化的徑向電磁力或不平衡的磁拉力使鐵心發(fā)生磁致伸縮和振動(dòng)所引起。電磁噪聲還和內(nèi)部回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)本身的固有物理特性有關(guān)?？諝庠肼暟ㄉ犸L(fēng)扇、旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子和氣流沿風(fēng)路流動(dòng)時(shí)形成的氣流噪聲。

2.1.2 聯(lián)軸器噪聲

聯(lián)軸器用于電動(dòng)機(jī)軸與液壓泵組軸之間的聯(lián)接。當(dāng)起重機(jī)操作時(shí)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器將能量傳遞出去，聯(lián)軸器在一定載荷條件下做高速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于電動(dòng)機(jī)軸線與泵組軸線不同心，導(dǎo)致聯(lián)軸器做高速非對(duì)稱回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，出現(xiàn)振動(dòng)，從而產(chǎn)生機(jī)械噪聲。

2.1.3 制動(dòng)噪聲

帶式制動(dòng)器是液壓甲板起重機(jī)上較為常見(jiàn)的制動(dòng)裝置。其工作原理為，當(dāng)起重機(jī)進(jìn)行動(dòng)作制動(dòng)時(shí)，液壓油缸通過(guò)動(dòng)作傳導(dǎo)，使制動(dòng)器剎車片與機(jī)構(gòu)制動(dòng)輪表面接觸，利用摩擦力實(shí)現(xiàn)動(dòng)作停止，完成起重機(jī)的制動(dòng)。在此過(guò)程中，由于剎車片與制動(dòng)輪的接觸面逐漸變大，摩擦力從滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)殪o摩擦，因此會(huì)產(chǎn)生一定的摩擦噪聲。噪聲的大小與操作起重機(jī)的激烈程度、剎車片與制動(dòng)輪的圓周方向和沿軸方向的貼合程度有關(guān)。

2.1.4 其他機(jī)械噪聲

甲板起重機(jī)的其他機(jī)械傳動(dòng)部件，如滑輪組、鋼絲繩以及吊鉤組等，在運(yùn)行過(guò)程中均存在一定程度的碰撞、摩擦等，都會(huì)產(chǎn)生不同程度的噪聲。

2.2 液壓噪聲

液壓系統(tǒng)中，由于油液的流速、壓力等的突然變化，與泵、馬達(dá)、閥件以及液壓管路等的相互作用，產(chǎn)生噪聲；而油液中混入的空氣，因壓力變化導(dǎo)致產(chǎn)生的氣泡破裂，造成強(qiáng)烈的液壓沖擊從而形成噪聲。對(duì)泵和馬達(dá)而言，上述噪聲原理類似。下文僅對(duì)泵的噪聲進(jìn)行展開(kāi)論述。

2.2.1 泵的噪聲

液壓泵的工作過(guò)程可視作連續(xù)的吸油和壓油循環(huán)，由此帶來(lái)液壓油周期性的壓力和流量脈動(dòng)，使泵體產(chǎn)生振動(dòng)，帶來(lái)噪聲。其次，吸油腔和壓油腔在泵的工作過(guò)程中頻繁互通，造成流體介質(zhì)流量和壓力的突變，出現(xiàn)噪聲。再次，具有較高流速和壓力的流體介質(zhì)，在泵內(nèi)部流道內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，隨著泵內(nèi)流道截面的擴(kuò)大或收縮，以及流道方向的急劇變化，形成流體沖擊噪聲。最后，泵自身轉(zhuǎn)動(dòng)部分的不平衡，也會(huì)引起一定的噪聲。

2.2.2 閥的噪聲

閥件的噪聲一方面包括閥芯與閥體結(jié)構(gòu)間相對(duì)摩擦和振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械噪聲，另一方面來(lái)自于其功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的流體噪聲。節(jié)流閥、換向閥以及溢流閥等功能閥件，作用時(shí)內(nèi)部油液在流速、方向和壓力上均會(huì)發(fā)生變化，造成閥件本體以及相關(guān)管道內(nèi)壁沖擊振動(dòng)，從而形成流體噪聲。

1）自激振噪聲。對(duì)于壓力閥、單向閥等閥件，閥芯由彈簧支承，在管路系統(tǒng)壓力油的作用下，形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的質(zhì)量——彈簧振動(dòng)阻尼系統(tǒng)。當(dāng)外部條件變化打破閥件平衡時(shí)，閥芯會(huì)在油液壓力脈動(dòng)或其他振動(dòng)的作用下，產(chǎn)生自激振動(dòng)和異常噪聲。系統(tǒng)壓力越大、油液溫度越高，閥件的這種自激振動(dòng)噪聲就越容易出現(xiàn)。

2）液壓沖擊噪聲。當(dāng)液壓閥實(shí)現(xiàn)其功能時(shí)，會(huì)將某個(gè)系統(tǒng)油路斷開(kāi)，或者使2個(gè)壓差較大的油路連通。在這2種情況下，均會(huì)因?yàn)榫植繅毫ν蝗簧叨纬梢簤簺_擊，帶來(lái)振動(dòng)和噪聲。進(jìn)一步，這種沖擊將通過(guò)管路傳播到系統(tǒng)中的其他元件，又產(chǎn)生新的振動(dòng)和噪聲。

3）高頻振動(dòng)噪聲。當(dāng)閥件的閥芯與閥體工作部分之間的間隙，由于原始缺陷或使用后的磨損而加大，會(huì)造成閥芯在工作時(shí)發(fā)生不規(guī)則振動(dòng)，使得液壓閥處于不穩(wěn)定的高頻振動(dòng)狀態(tài)，產(chǎn)生高頻噪聲。

2.2.3 氣穴和管路沖擊噪聲

液壓流體介質(zhì)中混入少量空氣，因壓力變化導(dǎo)致產(chǎn)生的氣泡破裂，附近的液壓油將會(huì)迅速補(bǔ)充，因局部沖擊而產(chǎn)生流體噪聲。另外，流體介質(zhì)根據(jù)液壓系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)在元件和管路中運(yùn)行。隨著管路流向、截面的不斷變化，流體介質(zhì)的壓力、速度也隨著發(fā)生變化，不斷對(duì)液壓管路造成沖擊，產(chǎn)生沖擊噪聲。

2.2.4 冷卻風(fēng)機(jī)噪聲

冷卻風(fēng)機(jī)通過(guò)風(fēng)扇高速轉(zhuǎn)動(dòng)，將液壓流體中的熱量散發(fā)到環(huán)境空氣中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的冷卻。冷卻風(fēng)扇在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生一定程度的噪聲。

3 船用甲板起重機(jī)噪聲控制措施

3.1 噪聲控制原則

噪聲控制應(yīng)堅(jiān)持科學(xué)性、先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性的原則。科學(xué)性是指在處理噪聲問(wèn)題時(shí)，應(yīng)通過(guò)分析確定噪聲種類和頻率特性，采取合理的降噪措施。先進(jìn)性是擬實(shí)施的降噪措施，要在最大限度上兼顧原有設(shè)備技術(shù)性能的基礎(chǔ)上，切實(shí)可行。經(jīng)濟(jì)性則是充分考慮降噪方案的實(shí)施成本。所采用方案的降噪效果只要能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定即可，而不是一味追求將噪聲控制在更低水平。

3.2 噪聲控制途徑

根據(jù)噪聲傳播的一般形式，其控制途徑包括噪聲源的控制、傳播途徑的控制和接受者的防護(hù)。

噪聲源的控制是噪聲控制中最根本和最有效的方法。對(duì)于不滿足噪聲要求的設(shè)備，通?？梢裕?）更換聲學(xué)性能更佳的設(shè)備；2）對(duì)設(shè)備采取減振降噪措施。

當(dāng)對(duì)噪聲源采取措施之后仍達(dá)不到總體降噪要求時(shí)，就需要在噪聲的傳播途徑上直接采取聲學(xué)措施，包括吸聲、隔聲、阻尼減振等常用噪聲控制技術(shù)。

噪聲控制的最后一環(huán)是個(gè)人防護(hù)。對(duì)于噪聲強(qiáng)度很大但是人很少去的地方，根據(jù)經(jīng)濟(jì)性原則，可以考慮人員被動(dòng)保護(hù)方案，如可以帶上耳塞、耳罩或防聲頭盔等，減少噪聲造成的傷害。

3.3 船用甲板起重機(jī)噪聲控制措施

根據(jù)甲板起重機(jī)噪聲來(lái)源分析，以及實(shí)踐中對(duì)各噪聲源的噪聲貢獻(xiàn)評(píng)價(jià)，確定噪聲控制措施如下。

3.3.1 機(jī)械噪聲控制

對(duì)于電動(dòng)機(jī)的噪聲控制，首先應(yīng)在滿足功能和使用需求的前提下，選擇功率較小、品牌可靠的電機(jī)，以降低電機(jī)工作時(shí)的電磁噪聲和散熱風(fēng)扇噪聲。其次，制訂合理的安裝方式，提高電機(jī)與基座連接的穩(wěn)定性，在基座上設(shè)置減震墊，減小電機(jī)工作時(shí)的振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)噪聲的控制。最后，在滿足散熱需求的基礎(chǔ)上，可以給電機(jī)安裝隔聲罩，有效降低電機(jī)運(yùn)行時(shí)對(duì)周圍環(huán)境的噪聲影響。

研究表明，當(dāng)電動(dòng)機(jī)與泵組同軸度大于0.02 mm時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)明顯振動(dòng)，發(fā)出噪聲；當(dāng)同軸度超過(guò)0.08 mm時(shí)，振動(dòng)將變得強(qiáng)烈，噪聲很大。因此，聯(lián)軸器的噪聲控制，關(guān)鍵在于提高聯(lián)軸器安裝時(shí)，電動(dòng)機(jī)與泵組間的同軸度。另外，選擇彈性聯(lián)軸器，也能有效降低系統(tǒng)工作時(shí)聯(lián)軸器的振動(dòng)和噪聲。

起重機(jī)制動(dòng)器噪聲首先和剎車片與制動(dòng)輪間隙的均勻性有關(guān)，但實(shí)際上也和吊機(jī)的操作手法有關(guān)聯(lián)，使用過(guò)程中的急停急起當(dāng)然會(huì)引起較大的制動(dòng)噪聲。因此對(duì)起重機(jī)制動(dòng)噪聲的控制，一方面要提高剎車片與制動(dòng)輪之間在圓周和軸向上的間隙要求，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)時(shí)剎車片與制動(dòng)輪的同步貼合，減小制動(dòng)噪聲；另一方面，對(duì)于操作者也應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶嵝雅c提示，避免野蠻操作而帶來(lái)的噪聲。

3.3.2 液壓噪聲控制

對(duì)于液壓泵的噪聲，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，合理選擇液壓泵的額定工作壓力、排量等，降低泵內(nèi)液壓沖擊；同時(shí)在泵的進(jìn)出口管路設(shè)置上，在滿足流量需求的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡可能使管路流向的變化區(qū)域遠(yuǎn)離泵組。另外，在做好泵組安裝的前提下，仍可以考慮隔聲罩的選用。

由于液壓閥件通常會(huì)引起高頻噪聲，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，控制閥件應(yīng)優(yōu)先考慮采用液壓軟管。另外，合理選擇閥件規(guī)格，也是進(jìn)行閥件噪聲控制的重要措施。

對(duì)于氣穴引起的噪聲，一方面應(yīng)在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)有效的放氣裝置，減少混入系統(tǒng)中的空氣。另外，應(yīng)向操作者明確，起重機(jī)在新加油或更換油液時(shí)，應(yīng)進(jìn)行充分的排氣操作。

4 結(jié)論

船用甲板起重機(jī)的噪聲分析及防護(hù)，既具有一般工程機(jī)械噪聲分析和防護(hù)的特點(diǎn)，也應(yīng)滿足船舶噪聲的相關(guān)要求。本文在展望未來(lái)船舶噪聲要求日趨嚴(yán)格的基礎(chǔ)上，針對(duì)典型船用甲板起重機(jī)的系統(tǒng)組成，提出了相應(yīng)的控制和優(yōu)化措施，為未來(lái)船用起重機(jī)噪聲控制噪聲限值提供了參考。