基于水面機器人的溢油回收處理裝置搭載平臺的結構優化設計

楊 濤 楊勇生 王建華

（上海海事大學物流工程學院，中國 上海）

0 前言

目前，全球經濟的飛速發展，促使各國對石油及其石油產品需求量持續增大。在石油運輸過程中，由于各種原因導致的溢油事故時有發生，對海洋生態環境造成嚴重污染，進而嚴重影響海洋生物的生存環境以及人類的生存。鑒于此，多種溢油處理及回收方法不斷產生。當前，海上溢油回收處理方法主要有三種：物理法、化學法以及生物法。由于使用化學或者生物法處理溢油的同時有可能會對環境造成新的污染，因此回收溢油最為理想可靠的方法是使用物理法處理。目前較為廣泛的物理法主要有各種收油機以及收油網等機械裝置。本文主要是研究并改進安裝在無人艇上的搭載平臺，使其能夠更加安全、可靠地在無人危險水域收放收油機，從而能夠高效率完成水面溢油的回收工作。

現有的搭載平臺盡管能夠完成溢油回收機的收放工作，但是也存在的一定問題。如圖1所示：

由圖可知，其工作原理為：①在無人艇開往目的地的過程中，裝置如圖所示放在船頭。②無人艇行駛到達目的的以后，電機6啟動將溢油回收機提起。③溢油回收機提起以后，電機6停止。電機1啟動，開始放鋼絲繩。通過立桿頂部的滑輪連接到擺動桿，從而是擺動桿下落。④擺動桿放下以后，電機1停止，電機6啟動，放下連接擺動桿和溢油機間的鋼絲繩，把溢油機放到水面上。溢油回收機開始工作。⑤當溢油回收機工作結束以后。電機6啟動，把溢油機收上去，然后電機1啟動，收拉光絲繩，將擺桿拉回，然后電機1停止。電機6啟動放下溢油回收機，最終回到如圖狀態。無人挺開始航行去下一個地點或回航。

通過對上述搭載平臺的研究分析，船舶搖擺載荷，對搭載平臺上的溢油回收機及頂部電機產生的船舶搖擺載荷，對搭載平臺影響比較明顯，對搭載平臺強度的影響比較大。所以可以在安全及保險措施上對結構進行細化并完善。

1 優化設計方案內容

1.1 通過分析確定方案

通過上述分析可知對搭載平臺影響較大的幾個因素，由于船的要本載荷本身不可避免，而且溢油回收機的型號已經確定，因此改進方案定為撤去頂部電動機，這樣不但可以減少擺動桿與立柱連接處的靜載荷，也減少了頂部電機產生的船舶搖擺載荷。從而提高搭載平臺的使用壽命和工作安全系數。

1.2 方案概述

通過優化改進。搭載平臺的模型如圖2所示：

此搭載平臺的工作過程大致分為兩大部分：第一部分如圖3所示：

第二部分如圖4所示。

由圖可知，其工作原理為：①在無人艇開往目的地的過程中，裝置如圖3所示放在船頭。②無人艇行駛到達目的的以后，卷筒1啟動將溢油回收機提起。③溢油回收機提起以后，卷筒1停止。卷筒2啟動，開始放鋼絲繩。通過立桿頂部的滑輪連接到擺動桿，從而是擺動桿下落。④擺動桿放下以后，卷筒2停止，卷筒1啟動，放下鋼絲繩，把溢油機放到水面上。溢油回收機開始工作。⑤當溢油回收機工作結束以后。卷筒1啟動，把溢油機收上去，然后卷筒2啟動，收拉鋼絲繩，將擺桿拉回，然后卷筒2停止。卷筒1啟動放下溢油回收機，最終回到如圖3狀態。無人挺開始航行去下一個地點或回航。

模型圖示中1和2為卷筒，均由液壓系統提供動力，一個通過鋼絲繩的鏈接控制溢油回收機的升降，一個通過鋼絲繩的鏈接控制搖擺桿的擺動。

在圖示中擋桿桿3和4分別控制擺動支架的工作的兩個極限位置。

鋼絲繩的選用，此處為繞定滑輪和卷筒的鋼絲繩，因此優先選用線接觸鋼絲繩。由于在水上工作，考慮腐蝕性，故采用鍍鋅鋼絲繩。選型可以根據起重機鋼絲繩的規定來選擇.按選擇系數C確定鋼絲繩直徑d（mm）：

選擇系數C的取值和機構工作級別有關

式中n為安全系數，k鋼絲繩捻制折減系數，w鋼絲繩充滿系數，σb鋼絲的公稱抗拉強度。

滑輪可根據選好的鋼絲直徑，來選擇。滑輪用以支撐鋼絲繩。承受負載不打的滑輪，結構尺寸較小（直徑D<350mm），通常作成實體結構。

2 結束語

本文主要討論了對已有搭載平臺的結構優化設計，完成對溢油回收機的收放功能的方案。并且保證其能更加安全高效的完成溢油回收工作，對于在危險區域的無人收油工作具有很強的實用價值。優化后的搭載裝置結構更加簡單，對水面溢油回收油工作安全高效進行及環境保具有一定的參考價值。

［1］李艷梅，曾文爐，于強,等.海洋溢油污染的生態和健康危害[J].生態毒理學報，2011，6（4）：345-351.

［2］侯解民,孫玉清,張銀東.海上溢油機械回收技術研究[C]//第五屆中國國際救撈論壇文集.2008,09：215-217.

［3］成大先.機械設計手冊(第四卷)[M].5版.化學工業出版社，2008.

［4］史琪琪,封培元,王磊.海上溢油收集裝置概念設計[J].船舶工程,2009：136-139.