胡志明，季微微，文武

（中交上海航道裝備工業(yè)有限公司，上海 200137）

中國經(jīng)歷了工農(nóng)業(yè)高速發(fā)展階段，對環(huán)境造成了嚴重污染，目前國家開始進入環(huán)境治理的階段，國內(nèi)對環(huán)保疏浚設(shè)備需求迫切。已在大型疏浚設(shè)備和技術(shù)各方面取得了快速發(fā)展，制定了疏浚企業(yè)、行業(yè)和國家標準，為我國大型疏浚工程提供有效的保障，但是，目前大型挖泥船不適合內(nèi)湖、河道等淺水區(qū)域的施工，干挖清淤會對周邊環(huán)境產(chǎn)生很大影響、對湖泊生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生極大擾動，影響后期生態(tài)修復(fù)工程。環(huán)保絞吸船挖掘精度高、對底泥擾動較小、避免對水體產(chǎn)生二次污染，能夠滿足后期生態(tài)修復(fù)措施的需求。

1 環(huán)保疏浚船的模塊化設(shè)計

船體結(jié)構(gòu)、功能模塊化的設(shè)計理念，本船設(shè)計成主船體模塊、邊浮箱模塊、動力源模塊、液壓推進模塊、定位樁模塊、作業(yè)臂系統(tǒng)模塊、多功能作業(yè)頭模塊、司機室操作模塊等系統(tǒng)集成功能模塊，便于采購、制造、運輸?shù)取?/p>

主船體結(jié)構(gòu)與邊浮箱通過底部公母頭、頂部螺栓結(jié)構(gòu)連接，多功能設(shè)備頭模塊通過通用結(jié)構(gòu)模塊，在拼裝過程能夠快速高效的完成，及時達到目的地。

主船體的寬度3.3m、長度12m，高度3.35m滿足常規(guī)運輸拖板車的運輸能力，在作業(yè)目的地（包括城區(qū)）通過吊車即可完成船舶拆裝工作，同時吊裝進入施工區(qū)域。

目前，在武漢巡司河、羅家港等城區(qū)項目中主船體結(jié)構(gòu)由運輸車輛運至目的地，可以直接在車輛上完成多功能作業(yè)設(shè)備頭、支撐臂的浮球進行快速完成拼裝，通過自身的固定樁、支撐臂、動力設(shè)備頭的配合，完成從運輸車輛自行卸裝，自行“慢行”至作業(yè)水域中。

2 全船動力源系統(tǒng)

全船采用液壓動力源設(shè)計，液壓系統(tǒng)的動力源由柴油機飛輪端驅(qū)動1臺雙聯(lián)柱塞泵（串聯(lián)）和一臺由柴油機自由端皮帶輪驅(qū)動的齒輪泵組成。雙聯(lián)柱塞泵中大泵（簡稱動力系統(tǒng)）供泥泵，小泵（簡稱操動系統(tǒng)）供推進器液壓馬達、絞刀、作業(yè)臂3支油缸、橫移2支油缸、支撐臂2支油缸、定位樁升降2支油缸、倒樁2支油缸；1#柱塞油泵和2#柱塞油泵選用的力士樂的雙聯(lián)柱塞泵，排量為260+130mL/r,額定壓力為31.5MPa，配套柴油機的最高轉(zhuǎn)速為2100轉(zhuǎn)，目前有兩臺為全船的推進和作業(yè)提供動力源。

配置液壓集成塊用來實現(xiàn)泵出口調(diào)壓、換向及節(jié)流調(diào)速、油路切換功能，當執(zhí)行機構(gòu)無動作時，油泵卸荷運行，超載時，經(jīng)溢流閥過載，使系統(tǒng)在設(shè)定安全負載內(nèi)可靠工作，油缸平衡閥集成在油缸上，其中多路換向閥采用電控方式。本船的控制部分在原有的手柄控制液壓油路的基礎(chǔ)上，采用電控方式，通過控制手柄傳遞信息給PLC，由PLC再傳遞信息給液壓閥組，同時為保障系統(tǒng)的正常運行，在閥組都設(shè)置應(yīng)急手柄，可以作為應(yīng)急操作。在駕駛臺局部有限的空間里，改為電控形式，控制的精度要遠高于原先的手柄，在空間上也為有限的駕駛臺節(jié)約空間。雙聯(lián)柱塞泵中的130泵采用負載敏感系統(tǒng)，通過座椅手柄和腳踏方式實現(xiàn)先導(dǎo)控制。

3 主要關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)及選型

3.1 多功能挖泥船絞刀泥泵頭裝置

該裝置由泥泵和絞刀兩驅(qū)動機構(gòu)合并而成，泥泵機構(gòu)由液壓馬達通過傳動箱體與泥泵聯(lián)接，傳動軸承箱體包含了水下密封裝置。泥泵與排泥管聯(lián)接，由液壓馬達驅(qū)動泥泵，從吸口吸入絞刀破碎泥水混合物由排泥管通過延伸管道排出；絞刀機構(gòu)由液壓馬達通過軸承箱與絞刀頭聯(lián)接，絞刀軸的另一端聯(lián)接絞刀。由液壓驅(qū)動絞刀馬達通過絞刀軸帶動絞刀工作。安裝架通過螺釘和導(dǎo)泥管與泥泵機構(gòu)合并組成絞刀吸泥泵。絞刀切削下的砂石通過導(dǎo)泥管被泥泵機構(gòu)吸入后排出。

泥泵的形式：單殼離心式高效高速泥泵；作業(yè)傾角：90度；葉輪直徑：～470mm吸口、排口尺寸：DN200mm；最大流量：～900m3/h；最大揚程：～50m。通過船舶泥管系、浮管進行短距離排岸工作，輸送至淤泥處置區(qū)域。

本船同時還配置反鏟、抓斗、耙子、打樁錘、破碎錘等多能設(shè)備頭，在施工區(qū)域生活雜物較多的情況，容易發(fā)生鉸刀纏繞、泥泵管堵等情況，可以利用耙子進行前期作業(yè)，掃除障礙物，提高絞吸的效率，在遇到淺灘情況，可以更換為反鏟進行掃淺作業(yè)，保障船舶通行保障，同時可以為臨時轉(zhuǎn)移淤泥等作業(yè)方式。

安裝架的機械接口與反鏟斗、打樁錘、破碎錘等一致，動力源液壓管的接口一致，可以直接轉(zhuǎn)換，便于更換。保障設(shè)備使用的靈活性，減少設(shè)備的重疊性。

3.2 動力源動機柴油機

設(shè)計未涉及到柴油機的海水冷卻系統(tǒng)，本項目選用的康明斯QSNT-M400機型，功率298kW,額定轉(zhuǎn)速為2100rpm,傳動端帶動油泵，同時，10kW的小型發(fā)電機為保障船舶的正常照明，控制電源。

柴油機本身一般選配海水冷卻的方式，由于船舶的緊湊型，本船未設(shè)計水冷卻方式，只能改為風(fēng)冷形式。通過對靜音箱的空間及柴油機所需要的散熱量的計算，在柴油機的自由端加裝直徑915mm風(fēng)扇和改裝后的水箱，增加機帶風(fēng)扇的散熱量滿足柴油機的冷卻要求，經(jīng)過實際施工操作，柴油機在環(huán)境溫度為35℃的情況，冷水溫度維持在62℃，滿足機器需求，該技術(shù)改造同時獲得康明斯的認可。

3.3 作業(yè)操作控制

本船共設(shè)置1套液壓泵站，安裝在柴油機靜音箱內(nèi)，液壓泵通過柴油機直接驅(qū)動，通過液壓閥件控制液壓執(zhí)行機構(gòu)。PLC控制箱采集相關(guān)設(shè)備的液壓油壓力、液壓油箱報警狀態(tài)、柴油機輸出及報警狀態(tài)、柴油艙液位狀態(tài)、疏浚儀器儀表信號、挖泥設(shè)備的姿態(tài)信號及相關(guān)輔助設(shè)備的運行狀態(tài)。

操作面板儀器儀表作為作業(yè)狀態(tài)、信息等采集單元，是疏浚過程自動化的重要組成部分。操作面板儀器儀表信號接入PLC采集箱內(nèi)，操作面板儀器儀表系統(tǒng)用于顯示當前的疏浚過程的儀表信息，包含流量、排壓等信號。

遠程傳輸系統(tǒng)是將船舶的挖泥軌跡、疏浚儀器儀表信號、柴油機狀態(tài)及所有挖泥設(shè)備及輔助設(shè)備的狀態(tài)實時數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)通過無線上網(wǎng)路由器傳輸至陸地服務(wù)器，客戶端通過服務(wù)器實時查看船舶的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，也可以查閱船舶的歷史運轉(zhuǎn)狀態(tài)，并根據(jù)數(shù)據(jù)進行分析、統(tǒng)計等功能。

遠程監(jiān)控是船舶直接通過CDMA/4G/GPRS無線上網(wǎng)方式將工作參數(shù)發(fā)送到陸地基地系統(tǒng)服務(wù)器，任何具有授權(quán)的遠程用戶，在任何時間、任何地點，通過Internet網(wǎng)，應(yīng)用與船舶相同的應(yīng)用軟件即可監(jiān)測顯示本船的動態(tài)工作參數(shù)。

3.4 螺旋槳推進裝置

推進系統(tǒng)主要由液壓馬達、傳動箱體、不銹鋼槳葉、升降及轉(zhuǎn)向油缸、油路轉(zhuǎn)換及角度傳感儀、機架等組成。由液壓動力源通過液壓馬達經(jīng)傳動箱體驅(qū)動螺旋槳，可以正反方向旋轉(zhuǎn)對船體產(chǎn)生推進力。升降油缸用于提升或下降裝置，轉(zhuǎn)向油缸用于調(diào)節(jié)推進方向。最大輸出扭矩600Nm，可以進行90°的轉(zhuǎn)角，該裝置對水環(huán)境要求極低，可以輔助船舶河道、湖泊等作業(yè)環(huán)境下前行。

3.5 環(huán)保設(shè)備

本船采用通用型和環(huán)保型兩種鉸刀頭，選用環(huán)保型鉸刀作業(yè)時，鉸刀頭前的保護罩可以有效防止淤泥的擴散，有利于控制二次污染等問題，對周圍水域的干擾降到最低，泥泵快速完成對底部淤泥的抽吸，排岸作進一步處理。

柴油機和液壓油泵在運轉(zhuǎn)中必然產(chǎn)生大分貝的噪音。城區(qū)作業(yè)時，周圍必然存在居民區(qū)，為保證噪音達標，將柴油機和液壓油泵放置在靜音箱中，對工作箱進行靜音處置，靜音箱中放置特殊材質(zhì)，要求在20m內(nèi)達到最大分貝不超過65分貝，經(jīng)過完工后對周圍的檢測，噪音符合設(shè)計要求。噪音分貝的降低既利于提升施工作業(yè)人員的作業(yè)環(huán)境舒適度，又降低了對周圍環(huán)境及居民條件的影響。

4 結(jié)語

疏浚挖泥船的結(jié)構(gòu)模塊化，整體液壓驅(qū)動的模式在制作、生產(chǎn)、作業(yè)等方面具備一定優(yōu)勢，目前本船已經(jīng)在超淺水域、河湖、渠道、池塘等水文環(huán)境治理工程凸顯成效。本船在傳統(tǒng)的絞吸挖泥船的基礎(chǔ)上增加多功能作業(yè)設(shè)備頭，集反鏟疏浚作業(yè)、打樁作業(yè)、邊坡破碎等多功能于一身，必定在將來生態(tài)環(huán)境恢復(fù)、河道湖泊環(huán)境整治等項目中展現(xiàn)身手。與國外進口同型號船舶對比中，本船采用PLC控制+手柄先導(dǎo)模式，操作更加精準，同時駕駛室布局更近緊湊。利用編制控制，結(jié)合高精度傳感器、定位系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)為將來無人船打下前期鋪墊。