船用液壓克令吊載人系統設計

王志軍, 姚 磊

(中船綠洲鎮江船舶輔機有限公司， 江蘇 鎮江 212006)

0 引言

船用液壓克令吊是一種安裝在船舶上，用于船舶與船舶之間或船舶與碼頭之間裝卸貨物的機械設備。其主要功能是通過克令吊的卷揚、變幅、回轉等動作來吊放貨物[1-2]。但在某些船型的特殊工況下，需要使用液壓克令吊來完成人員的轉運工作。目前，在船舶上采用克令吊進行人員轉運在國內尚處于起步階段，相關的研究較少。

根據挪威船級社(DNV)的起重機載人規范要求，船用液壓克令吊上安裝的普通載貨絞車因為安全性及可靠性問題不得直接用于載人，如果需要人員的轉運必須配置專用的載人絞車,載人絞車需取得DNV船級社頒發的產品證書[3]。

隨著海事行業的不斷發展，船舶之間人員交流日趨頻繁，越來越多的船舶需要使用普通液壓克令吊來完成人員的轉運。因此,需要設計一種安裝在普通克令吊上能夠完成船舶與船舶之間或船舶與岸之間人員轉運工作的載人系統。

1 克令吊載人系統的工作方案設計

1.1 載人系統的組成

船用液壓克令吊載人系統總體布置見圖1[4]。從圖上看出，在普通克令吊吊臂載貨絞車2的后面安裝一個獨立的載人絞車3。兩個絞車都是通過控制臺操縱閥1的兩個獨立手柄來分別控制液壓馬達驅動減速器轉動，再通過與減速器聯結的卷筒來控制鋼絲繩的收放。載貨、載人絞車均有各自的鋼絲繩，通過吊臂末端的兩個定滑輪10與吊鉤聯結。兩個滑輪布置保留一定的間距，防止載貨、載人絞車在工作過程中吊鉤互相干擾，造成鋼絲繩損壞。

1—操縱閥；2—載貨絞車；3—載人絞車；4—載人鋼絲繩；

載人絞車3的鋼絲繩安裝有液壓蓄能緩沖裝置6，目的是為了減輕鋼絲繩的沖擊力，提高人員乘坐的舒適性。載人絞車鋼絲繩吊鉤末端通過鏈環和載人專用吊籠聯結。

1.2 載人系統的操作

載人絞車和載貨絞車的吊鉤收放由安裝在克令吊控制臺操縱閥的兩個操縱手柄分別控制。絞車工作時吊鉤收放速度快慢可以由操作人員通過手動調節操縱閥手柄開度控制。控制臺上有“載人/載貨”電氣選擇開關，在進行某項操作之前，必須將這個開關打在其對應的位置。為保證載人系統的安全性，操縱閥“載人/載貨”兩個手柄在控制上互鎖。如果要用克令吊進行人員轉運作業之前，必須將操縱臺上的切換開關打在“載人”位置才可以進行后續操作。此時假設誤操作了載貨手柄，因為互鎖原因，載貨絞車也不會動作，反之亦然。

在吊臂頭部安裝有聲光報警燈，當“載人/載貨”切換開關打在“載人”位置時，說明克令吊正在進行載人作業，聲光報警指示燈運行，提醒船上相關人員注意。

1.3 載人絞車

載人絞車是液壓克令吊載人系統的核心部件。圖2為載人絞車外形圖。圖中，閥組1安裝在液壓馬達2上共同組成絞車的動力分配單元，控制絞車的收放及停止。內藏式行星減速機6內圈螺栓與卷筒聯結，外圈螺栓與絞車的墻架相聯，是絞車的動力傳輸單元。

1—閥組；2—液壓馬達；3—墻架；4—卷筒；5—壓繩裝置；

在絞車的卷筒4上安裝壓繩裝置5，裝在壓繩裝置上的兩個壓輥利用彈簧力壓在鋼絲繩上，保證絞車鋼絲繩在運轉過程中正常排繩，防止鋼絲繩亂繩或跳出發生意外。

絞車卷筒末端輸出軸安裝了絞車吊鉤起升下降極限位置檢測裝置，作用是通過和絞車卷筒同軸聯結的件8行程限制器來檢測吊鉤上、下限位位置。當絞車卷筒輸出軸在起升或下降過程中觸發到行程限制器的觸點時，限制器發出電訊號并通過電氣系統來控制操縱閥起升、下降油路電磁閥的通斷。電磁閥得電后即使人還在操作操縱閥手柄，絞車也會自動停止，從而保證人員和設備的安全。上下限位發訊具體位置可由用戶根據實船需要自行調節。

載人絞車除了在減速機輸出軸端集成液壓常閉制動器之外，在卷筒端額外又增加了一套卷筒制動器7，這也是載貨絞車與載人絞車的最大區別。它的制動原理與減速機端制動器完全相同，由同一路液壓油控制，同時啟閉。其目的是提高載人絞車的安全可靠性，在人員轉運過程中，萬一減速機端制動器失靈時，卷筒端制動器也可以正常工作，防止載有人員的吊籠墜落，發生意外。圖3為根據以上設計方案制造出來的載人絞車實物外觀圖。

圖3 載人絞車實物外觀圖

行星減速機6內部集成液壓常閉制動器。制動器結構見圖4。當絞車處于停止狀態時，制動器活塞5在彈簧4力的作用下壓緊剎車片3，剎車片與卷筒輸出軸2用花鍵聯結，通過剎車片之間的摩擦力對卷筒實現靜制動。當絞車需要運轉時，操縱閥通過馬達閥組分配控制油給制動器的活塞，活塞將制動器內彈簧壓縮，剎車片上摩擦力消失，制動器不起作用，絞車卷筒可以自由運轉。

1—制動器殼體；2—輸出軸；3—剎車片；4—彈簧；5—活塞

1.4 液壓蓄能緩沖裝置

在載人絞車和吊臂末端定滑輪之間安裝液壓蓄能緩沖裝置，其工作原理見圖5。載人絞車1的鋼絲繩2纏繞在緩沖裝置的滑輪組5上，滑輪軸的固定端和緩沖油缸3的活塞桿聯結，油缸缸筒又通過內部活塞上的阻尼孔和蓄能器4相通。蓄能器內預先充入一定壓力的氮氣和液壓油。當載人絞車高速收放突然停止時，載人吊鉤上瞬間產生的巨大慣性負載力通過鋼絲繩滑輪傳遞到油缸活塞上。這是因為蓄能器內可壓縮的氮氣緩沖作用，可以大大降低鋼絲繩和絞車制動器所承受的沖擊力，避免了鋼絲繩和制動器過早損壞，同時也提高了吊籠6上乘員的安全性和舒適性。

1—載人絞車；2—鋼絲繩；3—緩沖油缸；

2 克令吊載人系統的安全保護措施

安全性及可靠性是載人系統設計的重中之重。為確保克令吊在人員轉運過程中的絕對安全，本系統主要采取了以下措施：

(1)人員轉運時必須通過專用載人吊籠。吊籠由專業廠家制造，其安全性、可靠性必須符合IMO MSC 860規則，其設計、制造、檢驗和試驗等必須遵循DNV 2.7-1和EN 14502-1標準[5]，同時要有相關船級社的證書。

(2)絞車鋼絲繩安全系數為吊人額定負荷的8倍，與吊籠聯結的鏈環安全系數為吊人額定負荷的6倍。卷筒端制動器制動扭矩大于實際工作扭矩的3倍。

(3)載人絞車鋼絲繩通過的定滑輪軸集成了軸銷式拉力傳感器功能。當吊籠上人員的載荷超過設計載荷時，拉力傳感器將超載信號發送給電控系統，電控系統使控制載人絞車起升的電磁閥通電，起升油路卸荷，吊籠無法起升，時控制臺上超載聲光報警指示燈運行，從而起到過載保護作用。

(4)載人絞車在常規載貨絞車只有一個減速器制動的基礎上再增加一個卷筒液壓常閉制動器，形成雙制動，兩個制動器由同一個油路控制同時動作，確保載人絞車在工作過程中如果有一個制動器失靈，另外一個也可以起制動作用。

(5)載人和載貨操作在控制上用電氣開關互鎖，即使誤操作也不會對人員和設備造成任何損壞。

3 結語

按照上述方案設計的船用液壓克令吊載人系統已成功取得了DNV船級社的認證，并安裝在152 000載重噸穿梭油輪上用于將油輪甲板上的工作人員通過本吊機的載人系統轉運至采油工作平臺或其他船舶上，保證了人員轉運的安全性和舒適性,取得了良好的使用效果。同時該載人系統技術方案也可以推廣到同類型的液壓克令吊加裝載人功能。