易永光 艾湖

摘? ? 要：隨著船舶發(fā)展從淺海走向深海，工作環(huán)境更加惡劣，對(duì)設(shè)備的安全性和操作的簡(jiǎn)單化、智能化要求更高，特別對(duì)船舶大型吊機(jī)設(shè)備要求更為突出。如何利用船舶自身的壓載系統(tǒng)、通過(guò)優(yōu)化控制系統(tǒng)、達(dá)到船舶大型吊機(jī)設(shè)備在海上工作的安全性和可靠性、提高船舶的海上工作效率、降低成本，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：大型吊機(jī);橫傾系統(tǒng);安全性;可靠性;優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U667.5? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： With the development of ships from shallow sea to deep sea， the working environment is worse， the demand for simplification and intelligence of equipment operation and the requirement of comprehensive change of work are higher， the working safety and operation simplicity of equipment are more important， and the energy consumption coefficient is also necessary， especially for the large marine crane at sea. In order to reduce the cost and improve the overall energy consumption coefficient of the ship， the ship's ballast system is used. By optimizing and installing the control system， the safety and reliability of the large marine crane at sea can be achieved， so as to improve the function of the ship， work efficiency at sea and reduce the cost.

Key words：? Large marine crane;? Anti-heeling; Security;? Reliability;? Optimization

1? ? 前言

海洋環(huán)境復(fù)雜多變，船舶海上航行具有一定的風(fēng)險(xiǎn)，特別是利用船舶上的吊機(jī)在海上進(jìn)行吊運(yùn)工程作業(yè)時(shí)，更要重點(diǎn)考慮它的安全性和可靠性。使用現(xiàn)代化的設(shè)備和計(jì)算機(jī)軟件模擬技術(shù)來(lái)提高海上危險(xiǎn)作業(yè)的安全性，是全球海洋工程長(zhǎng)期的戰(zhàn)略選擇。

海洋經(jīng)濟(jì)是海洋強(qiáng)國(guó)建設(shè)的重要內(nèi)容，比如要發(fā)展海上風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目，船舶必須加裝或改裝大吊機(jī)。目前許多多用途船其船型小、功能多、設(shè)備多、生產(chǎn)施工交叉作業(yè)多，船東要求加裝大吊機(jī)，這無(wú)論是船舶穩(wěn)性方面還是實(shí)際操作的安全性，都存在巨大的困難。要解決這些問(wèn)題，應(yīng)使用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)軟件模擬技術(shù)、改造、優(yōu)化海上生產(chǎn)作業(yè)操作程序，使用軟件和設(shè)備結(jié)合的智能操作，減小人工操作步驟，提高工作效率，降低施工成本。

2? ? 船舶吊機(jī)的工作原理

船舶吊機(jī)由提升裝置和回轉(zhuǎn)裝置兩大部分組成：

2.1? 提升裝置

吊機(jī)提升裝置主要由變幅升降和吊鉤升降兩部分組成：

（1）吊機(jī)的變幅升降裝置主要由電動(dòng)機(jī)、齒輪箱、制動(dòng)器、繩筒、鋼絲繩和吊臂組成。其工作原理為：由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪箱轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)繩筒轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)繩筒轉(zhuǎn)動(dòng)收緊鋼絲繩，吊臂以吊臂轉(zhuǎn)軸為中心向上旋轉(zhuǎn)使吊臂上升;反之齒輪箱輸出反轉(zhuǎn)使吊臂下降;如需要在某一位置停止，電動(dòng)機(jī)停止，同時(shí)制動(dòng)器剎住齒輪箱輸出上的輪轂停止繩筒轉(zhuǎn)動(dòng)，吊臂停止在某一個(gè)需要的位置。

（2）吊機(jī)的吊鉤升降裝置主要由電動(dòng)機(jī)、齒輪箱，制動(dòng)器，繩筒，鋼絲繩，吊鉤組成。其工作原理與變幅升降類似：由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪箱轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)繩筒轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)繩筒轉(zhuǎn)動(dòng)收緊鋼絲繩，鋼絲繩通過(guò)滑輪（組）拉動(dòng)吊鉤直線上升;反之齒輪箱輸出反轉(zhuǎn)使吊鉤直線下降;如需要在某一位置停止，電動(dòng)機(jī)停止，同時(shí)制動(dòng)器剎住齒輪箱輸出上的輪轂而停止繩筒轉(zhuǎn)動(dòng)，吊鉤停止在某一個(gè)需要的高度;在上升的頂部高度～500 mm的位置，設(shè)定一個(gè)吊鉤高位報(bào)警停止的限位預(yù)防吊鉤和吊臂發(fā)生碰撞事故。

2.2? 回轉(zhuǎn)裝置

吊機(jī)回轉(zhuǎn)裝置主要是由安裝在吊機(jī)筒體的回轉(zhuǎn)齒條與旋轉(zhuǎn)齒輪和旋轉(zhuǎn)電機(jī)組成。其工作原理為：通過(guò)旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，在筒體的回轉(zhuǎn)齒條上作相對(duì)運(yùn)行，使吊機(jī)的上部分相對(duì)吊機(jī)筒體作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而達(dá)到吊機(jī)的轉(zhuǎn)旋運(yùn)動(dòng);為防止吊機(jī)吊臂回轉(zhuǎn)時(shí)碰撞到駕馭室，在吊機(jī)筒體上安裝有2個(gè)電子限位和機(jī)械限位，以雙重保證吊機(jī)吊臂在回轉(zhuǎn)工作時(shí)不會(huì)發(fā)生誤操作碰撞到駕馭室。

3? ?吊機(jī)操作前的準(zhǔn)備工作

船舶上的大型吊機(jī)在海上操作時(shí)，首先要檢查船舶相關(guān)艙室是否按要求注入相應(yīng)的壓載水，通過(guò)檢查計(jì)算機(jī)軟件顯示，本船是否達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài);按《完整穩(wěn)性計(jì)算書》中的壓載要求，通過(guò)啟動(dòng)總用泵注入或排出壓載水來(lái)調(diào)整壓載艙及橫傾水艙水量，為船舶在海上達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，即為吊機(jī)安全工作做好充分的準(zhǔn)備。

4? ? 抗橫傾系統(tǒng)電氣控制原理

如圖1所示電氣控制示意圖：船舶的橫傾狀態(tài)是通過(guò)安裝在船舶首、舯、尾的左右兩舷6個(gè)水尺位置的水位傳感器，由水位傳感器檢測(cè)的數(shù)據(jù)分別傳送到抗傾系統(tǒng)集中控制箱內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，軟件計(jì)算得出船舶橫傾角度;并且同步監(jiān)測(cè)船舶左右搖擺的狀態(tài)和前后吃水狀態(tài)，通過(guò)駕駛室前、后控制臺(tái)橫傾監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的顯示器顯示給操作人員，保證吊機(jī)在操作過(guò)程中的準(zhǔn)確性和安全性。

在操作吊機(jī)時(shí)，當(dāng)船舶左或右傾超過(guò)2°時(shí)，抗傾系統(tǒng)集中控制箱內(nèi)部通過(guò)數(shù)據(jù)分析后按步驟發(fā)出指令：首先打開(kāi)或關(guān)閉指定的左或右舷閥門，閥門打開(kāi)/關(guān)閉信息反饋到抗傾系統(tǒng)集中控制箱后，再發(fā)出指令起動(dòng)1#總用泵，直到船舶左/右傾恢復(fù)在0°時(shí)，集中控制箱才會(huì)發(fā)出指令停止1#總用泵，然后發(fā)出打開(kāi)/關(guān)閉指定的左/右舷閥門，進(jìn)行一個(gè)閉合操作程序指令;當(dāng) 1#總用泵已處在運(yùn)行狀態(tài)，操作人員繼續(xù)操作吊機(jī)，船舶橫傾未能有效控制，船舶左或右傾角度從2°繼續(xù)向上達(dá)到4°時(shí)，集中控制箱發(fā)出指令起動(dòng)2#總用泵，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒吊機(jī)操作人員放慢速度或停止操作吊機(jī)工作，2臺(tái)總用泵同時(shí)駁運(yùn)壓載水加快恢復(fù)船舶平衡狀態(tài)，當(dāng)船舶左或右傾角度達(dá)到5°時(shí)，集中控制箱發(fā)出指令停止吊機(jī)運(yùn)行，并發(fā)出高頻的報(bào)警信號(hào)，這時(shí)將會(huì)停止所有吊機(jī)操作工作， 2臺(tái)總用泵同時(shí)駁運(yùn)壓載水，當(dāng)船舶左或右傾度達(dá)到4°后才解除吊機(jī)操作運(yùn)行的停止指令，從而保證船舶吊機(jī)在海上工作的安全性。

5? ?抗橫傾系統(tǒng)管路控制原理

吊機(jī)在正常操作時(shí)，所有閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，總用泵處于停止?fàn)顟B(tài);當(dāng)?shù)鯔C(jī)從右舷開(kāi)始起吊貨物船舶向右傾角度超過(guò)2°時(shí)，數(shù)據(jù)反饋到集中控制箱，通過(guò)內(nèi)部計(jì)算分析后集中控制箱按下列步驟發(fā)出指令：第一步：打開(kāi)左/右舷7號(hào)、左/右舷6號(hào)、左/右舷4號(hào)壓載水艙的電動(dòng)閥;第二步：打開(kāi)NO.1總用泵前后的電動(dòng)閥;第三步，操作轉(zhuǎn)換閥門，全部閥門的打開(kāi)和關(guān)閉信息狀態(tài)反饋集中控制箱處理后，再發(fā)出指令起動(dòng)NO.1總用泵。這時(shí)右舷的NO.4（S）， NO.6（S）， NO.7（S）壓載艙的壓載水通過(guò)NO.1總用泵駁運(yùn)，經(jīng)過(guò)兩邊相聯(lián)的管路和閥門到達(dá)左舷的NO.4（P）、 NO.6（P）、 NO.7（P）壓載艙，通過(guò)駁運(yùn)壓載水來(lái)調(diào)整船舶向反方向左傾;當(dāng)左舷的NO.4（P）、 NO.6（P）、 NO.7（P）壓載艙的壓載水達(dá)到一定量時(shí)，船舶才會(huì)回到原來(lái)的平衡0°狀態(tài);當(dāng)?shù)鯔C(jī)旋轉(zhuǎn)操作速度過(guò)快或者起吊貨物較重使船舶向右橫傾達(dá)到4°時(shí)，集中控制箱收集數(shù)據(jù)后通過(guò)內(nèi)部計(jì)算分析，（下轉(zhuǎn)第頁(yè)） （上接第頁(yè)）

發(fā)出打開(kāi)NO.2總用泵前后的電動(dòng)閥指令，閥門打開(kāi)信息反饋集中控制箱后發(fā)出指令起動(dòng)NO.2總用泵加快駁運(yùn)速度，此時(shí)NO.1和NO.2兩臺(tái)總用泵同時(shí)間工作，加快恢復(fù)船舶的向左方向平衡，直到船舶平衡度達(dá)到0～0.5°才會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)兩臺(tái)總用泵;當(dāng)船舶向左橫傾時(shí)操作類似，只是反向操作轉(zhuǎn)換電動(dòng)閥門。

6? ? 結(jié)束語(yǔ)

船舶抗傾系統(tǒng)在潛水器設(shè)備吊放過(guò)程中也有使用，以確保設(shè)備吊放和工作過(guò)程中的平穩(wěn)性。德國(guó)安聯(lián)保險(xiǎn)2012年發(fā)布的報(bào)告指出，75%～96%的海上事故是人為錯(cuò)誤的結(jié)果。因此，在智能化水平足夠的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)化操作能夠有效提高海上工作的安全水平，減少事故發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]中國(guó)船級(jí)社.鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范[S]. 2015.

[2]美國(guó)船級(jí)社.90 m以下鋼質(zhì)海規(guī)[S]. 2013.

[3]船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)（輪機(jī)分冊(cè)）[M]. 1999.