一款掛機收纜裝置的研制

林毅飛 魏鵬 孫祖強

一、問題的提出

現(xiàn)階段存在問題及原工具的缺陷：

隨著近年來灘淺海業(yè)務(wù)規(guī)模不斷壯大，掛機艇投入到放線作業(yè)中的數(shù)量逐年提升。由于掛機空間有限，無法安裝大型裝動力設(shè)備，所以在特殊地域一直采用人工收放線作業(yè)。在高強度勞動下，施工連續(xù)性差，收線效率降低，安全系數(shù)下降，只能采取增加人員配置的辦法避免問題發(fā)生，既增加人工成本，也占用掛機空間。

改進(jìn)目的

降低勞動強度，提高收纜效率

二、改進(jìn)思路及方案實施

改進(jìn)思路

1、結(jié)合卷揚機原理，研制一種系統(tǒng)自身帶有動力的新型收纜裝備。

2、新設(shè)備重量輕、便于攜帶，適合在掛機上安裝使用；適應(yīng)于海洋、湖泊等水域施工。

3、新設(shè)備制作工藝簡單，維護方便，操作簡易，成本低廉。

4、安全可靠、動力持續(xù)時間要長，符合環(huán)保概念。

5、設(shè)置自鎖功能，防止主動滾筒意外停機或需要隨時停機帶來的反轉(zhuǎn)不安全因素。

方案實施

運用TRIZ工具解決問題

技術(shù)矛盾

1）原問題技術(shù)矛盾的表述：為了提高收纜效率，在加快收纜速度時，而不使收纜持續(xù)性降低。

確定要解決的技術(shù)矛盾為 TC-2，它發(fā)生在（B ）與（C ）之間，發(fā)生在（ 收取海纜 ）的時候。

2）問題模型--對應(yīng)的39個通用工程參數(shù)

改善的參數(shù)：加快收纜速度——30外來有害因素

惡化的參數(shù)：收纜持續(xù)性——9速度

3）解決方案模型

對應(yīng)查看阿奇舒勒矛盾矩陣表得到參考創(chuàng)新原理為：21、22、35、28

提出技術(shù)方案：

21快速作用：利用鋰電能源，保障持續(xù)工作時間

22變害為利：無

35性能轉(zhuǎn)換：設(shè)置主從、動滾筒的轉(zhuǎn)速，降低主動滾筒轉(zhuǎn)速。

28機械系統(tǒng)替代：機械收纜裝置代替人工

方案1：選用鋰電作為動力源，研制機械收纜裝置。

方案2：降低海纜和工作系統(tǒng)重量。

TRIZ發(fā)明原理應(yīng)用表

提出技術(shù)方案：根據(jù)技術(shù)矛盾分析出，可以在40個創(chuàng)新方法說明中選取 19、27。

方案1：周期性動作原理：將持續(xù)運動變成間隙運動，即人工操作時選用階段休息，保障持續(xù)工作能力。

方案2：替代原理：機械替代人工。研制新型機械裝置，達(dá)到周期性動作原理。

根據(jù)以上方案，最終選取替代原理，研制新型機械裝置。

新型收纜裝置主體結(jié)構(gòu)鋼架結(jié)構(gòu)，除了重量輕以外，還必須耐海水腐蝕。最關(guān)鍵部分是不要占用掛機使用的有效空間，同時還得安全放置，保證在顛簸的海上穩(wěn)定性。掛機底板本身很單薄，不適宜鉆孔固定，所以必須選擇自帶固定底板，然后把主體結(jié)構(gòu)用繩索固定在船體邊帶上，起到整體固定效果。在收纜過程中，受風(fēng)力、海浪、潮流的影響，掛機運行方向與勘探排列方向是不一致的，除了要考慮操作者的水平以外，對新型收纜機的性能要做到全方位適應(yīng)這些復(fù)雜條件應(yīng)用-設(shè)置脫槽護欄結(jié)構(gòu)，使海纜永遠(yuǎn)在滾筒內(nèi)。從動滾筒的寬度不僅要適合于單纜的通過，而且要保證整套勘探系統(tǒng)的通過性，尤其是對帶有配重塊的海陸雙檢的通過性。吊裝高度設(shè)置要現(xiàn)有比勘探電瓶高于一倍，便于人員收取電瓶工作，如果設(shè)置過高，海浪風(fēng)力的影響會使船體顛簸，會形成較大的安全隱患。

選用48V鋰電池作為動力源，其意義在于：1、48v電壓可以提供強勁的動力。2、鋰電屬于環(huán)保能源。3、重量輕、便于攜帶。4、安全可靠（已經(jīng)廣泛用于各種電動自行車）。5、持續(xù)時間長（每塊鋰電電瓶可以連續(xù)工作2小時）。6、使用方便。選用3200r/m電機做為驅(qū)動力，配合渦輪型減速設(shè)備，轉(zhuǎn)速保證在100r/m，帶動主動滾筒轉(zhuǎn)動，整體分為兩個滾筒運轉(zhuǎn)，可完成收放、吊裝等多項工作。在工作時，海纜通過從動滾筒槽，再與主動滾筒纏繞一圈，滾動摩擦使海纜和滾筒平面接觸部分發(fā)生輕微形變，加大了摩擦力，從而降低了勞動強度，作業(yè)單人輔助即可完成。

1、工作原理：

利用新型能源（鋰電）帶動3200r/m電機為整套系統(tǒng)提供動力，再把電機的高轉(zhuǎn)速配合渦輪型減速設(shè)備特性，使轉(zhuǎn)速降低到100r/m的動力提供給主動滾筒，再設(shè)置電流調(diào)速，可以根據(jù)實際需要進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。海纜通過從動滾筒槽，再與主動滾筒纏繞一圈，主動滾筒旋轉(zhuǎn)運動從而產(chǎn)生滾動摩擦，使海纜和滾筒平面接觸部分發(fā)生輕微形變，由于面積和形狀發(fā)生了變化，摩擦力得到了增大，人工操作部分拾取部分就不需加大力度，從而降低了勞動強度。設(shè)置接觸器控制直流電機：當(dāng)接觸器線圈通電后，線圈電流產(chǎn)生磁場，使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引動鐵心，并帶動觸點動作。常閉觸點斷開，常開觸點閉合，兩者是聯(lián)動的。當(dāng)線圈斷電時，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸點復(fù)原，常開觸點斷開，常閉觸點閉合。另外由于通入直流接觸器線圈是直流電，直流電沒有瞬時值，在任意時刻有效值都是相等的，沒有過零點，因此直流接觸器銜鐵上不用加裝防止過零點電壓較低產(chǎn)生的吸合力較小，不會造成接觸器震動聲音大等現(xiàn)象。保障了減速裝置的平穩(wěn)運行。

作業(yè)單人輔助即可完成。最大吊裝重量可達(dá)260公斤。而該設(shè)備本身重量只有41kg，并且是分體式結(jié)構(gòu)，固定板和收取系統(tǒng)可以隨時拆卸，保障了在高危的水上作業(yè)搬運需輕巧方便。

2、特性：

為掛機量身定做，目前同行業(yè)無類似產(chǎn)品，占用空間小，重量輕，體積小，分體可拆卸，方便搬運。組裝簡單。用途多樣性，可以做500斤以下的吊運工作。鋰電經(jīng)過社會實踐檢驗過，無需對其性能做測試，并且持續(xù)工作時間較長，每塊電瓶可以持續(xù)兩個小時左右，能滿足水域收纜工作。功率大，從動滾筒轉(zhuǎn)速低，最大限度降低了安全隱患。操作簡單，開啟啟動開關(guān)，主動滾筒開始以100r/m的運轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)動。機身全部采用防腐蝕材質(zhì)制作，適合各種水域作業(yè)。最大優(yōu)點是采用了渦輪減速性能，保證了自鎖功能，在需要停止轉(zhuǎn)動時可以隨時停車，主動滾筒不會產(chǎn)生反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，也最大限度保障了操作安全性。特征參數(shù)：48v直流電機：功率1000W，初級轉(zhuǎn)速3200r/min，輸出轉(zhuǎn)速150rpm，減速比15：1。主動滾筒：最大直徑320mm，最小直徑270mm，寬度70mm。從動滾筒：最大直徑300mm，最小直徑250mm，寬度270mm。

三、應(yīng)用效果

2017年5月，孫祖強工作室對掛機收纜裝置經(jīng)過不斷的改進(jìn)和完善，最終研制出完善成品。6月，大港物探處設(shè)備處長組織相關(guān)人員對掛機收纜裝置進(jìn)行現(xiàn)場觀摩和驗收，并小批量生產(chǎn)成品，投入實際生產(chǎn)。8-11月，掛機收纜裝置承擔(dān)新疆艾里克湖項目的收纜和大型電瓶的收取工作。該裝置不僅使用安全，并且吊裝重量較大，可單人操控設(shè)備，操控簡單，只需打開電源開關(guān)，主動輪會保持在100r/m，即使人員不小心碰到運轉(zhuǎn)的主動輪也不會導(dǎo)致傷害。安全性高。從動輪的寬度適合雙檢安全通過，海纜不會輕易脫離滾動輪，兩側(cè)的防護裝置會把海纜隨時控制在可控范圍。2203隊工會同工作室密切合作，將創(chuàng)新驅(qū)動和施工作業(yè)有效結(jié)合，利用掛機收纜裝置，極大提高生產(chǎn)效率。從而保障了工期的順利收官。

四、技術(shù)創(chuàng)新點

1、選用新能源（鋰電）動力，解決了掛機無法安放中大型機械動力問題。

2、占用掛機空間小。

3、技術(shù)工藝持續(xù)改進(jìn)并完善，1-2人可以操作，提高了施工效率，降低人員落水的安全風(fēng)險。

4、分體式結(jié)構(gòu)，材質(zhì)選用合理，搬運方便，操作簡單，安全與適用性強，成本和維護費用低廉。

（作者單位：天津市大港油田東方物探海洋物探處人力資源服務(wù)中心）