淺談船舶大型吊機及抗傾系統(tǒng)工作原理

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，對設(shè)備的安全性和操作的簡單化、智能化要求更高，特別對船舶大型吊機設(shè)備要求更為突出。如何利用船舶自身的壓載系統(tǒng)、通過優(yōu)化控制系統(tǒng)、達(dá)到船舶大型吊機設(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)實意義。

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

中圖分類號：U667.5? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：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，特別是利用船舶上的吊機在海上進(jìn)行吊運工程作業(yè)時，更要重點考慮它的安全性和可靠性。使用現(xiàn)代化的設(shè)備和計算機軟件模擬技術(shù)來提高海上危險作業(yè)的安全性，是全球海洋工程長期的戰(zhàn)略選擇。

海洋經(jīng)濟是海洋強國建設(shè)的重要內(nèi)容，比如要發(fā)展海上風(fēng)力發(fā)電項目，船舶必須加裝或改裝大吊機。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，這無論是船舶穩(wěn)性方面還是實際操作的安全性，都存在巨大的困難。要解決這些問題，應(yīng)使用現(xiàn)代計算機軟件模擬技術(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? ? 船舶吊機的工作原理

船舶吊機由提升裝置和回轉(zhuǎn)裝置兩大部分組成：

2.1? 提升裝置

吊機提升裝置主要由變幅升降和吊鉤升降兩部分組成：

（1）吊機的變幅升降裝置主要由電動機、齒輪箱、制動器、繩筒、鋼絲繩和吊臂組成。其工作原理為：由電動機驅(qū)動齒輪箱轉(zhuǎn)動帶動繩筒轉(zhuǎn)動，通過繩筒轉(zhuǎn)動收緊鋼絲繩，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，電動機停止，同時制動器剎住齒輪箱輸出上的輪轂停止繩筒轉(zhuǎn)動，吊臂停止在某一個需要的位置。

（2）吊機的吊鉤升降裝置主要由電動機、齒輪箱，制動器，繩筒，鋼絲繩，吊鉤組成。其工作原理與變幅升降類似：由電動機驅(qū)動齒輪箱轉(zhuǎn)動帶動繩筒轉(zhuǎn)動，通過繩筒轉(zhuǎn)動收緊鋼絲繩，鋼絲繩通過滑輪（組）拉動吊鉤直線上升;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，電動機停止，同時制動器剎住齒輪箱輸出上的輪轂而停止繩筒轉(zhuǎn)動，吊鉤停止在某一個需要的高度;在上升的頂部高度～500 mm的位置，設(shè)定一個吊鉤高位報警停止的限位預(yù)防吊鉤和吊臂發(fā)生碰撞事故。

2.2? 回轉(zhuǎn)裝置

吊機回轉(zhuǎn)裝置主要是由安裝在吊機筒體的回轉(zhuǎn)齒條與旋轉(zhuǎn)齒輪和旋轉(zhuǎn)電機組成。其工作原理為：通過旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)動驅(qū)動旋轉(zhuǎn)齒輪轉(zhuǎn)動，在筒體的回轉(zhuǎn)齒條上作相對運行，使吊機的上部分相對吊機筒體作相對轉(zhuǎn)動而達(dá)到吊機的轉(zhuǎn)旋運動;為防止吊機吊臂回轉(zhuǎn)時碰撞到駕馭室，在吊機筒體上安裝有2個電子限位和機械限位，以雙重保證吊機吊臂在回轉(zhuǎn)工作時不會發(fā)生誤操作碰撞到駕馭室。

3? ?吊機操作前的準(zhǔn)備工作

船舶上的大型吊機在海上操作時，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，通過檢查計算機軟件顯示，本船是否達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài);按《完整穩(wěn)性計算書》中的壓載要求，通過啟動總用泵注入或排出壓載水來調(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)是通過安裝在船舶首、舯、尾的左右兩舷6個水尺位置的水位傳感器，由水位傳感器檢測的數(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，軟件計算得出船舶橫傾角度;并且同步監(jiān)測船舶左右搖擺的狀態(tài)和前后吃水狀態(tài)，通過駕駛室前、后控制臺橫傾監(jiān)測系統(tǒng)的顯示器顯示給操作人員，保證吊機在操作過程中的準(zhǔn)確性和安全性。

在操作吊機時，當(dāng)船舶左或右傾超過2°時，抗傾系統(tǒng)集中控制箱內(nèi)部通過數(shù)據(jù)分析后按步驟發(fā)出指令：首先打開或關(guān)閉指定的左或右舷閥門，閥門打開/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1#總用泵，直到船舶左/右傾恢復(fù)在0°時，集中控制箱才會發(fā)出指令停止1#總用泵，然后發(fā)出打開/關(guān)閉指定的左/右舷閥門，進(jìn)行一個閉合操作程序指令;當(dāng) 1#總用泵已處在運行狀態(tài)，操作人員繼續(xù)操作吊機，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，集中控制箱發(fā)出指令起動2#總用泵，同時發(fā)出報警信號，提醒吊機操作人員放慢速度或停止操作吊機工作，2臺總用泵同時駁運壓載水加快恢復(fù)船舶平衡狀態(tài)，當(dāng)船舶左或右傾角度達(dá)到5°時，集中控制箱發(fā)出指令停止吊機運行，并發(fā)出高頻的報警信號，這時將會停止所有吊機操作工作， 2臺總用泵同時駁運壓載水，當(dāng)船舶左或右傾度達(dá)到4°后才解除吊機操作運行的停止指令，從而保證船舶吊機在海上工作的安全性。

5? ?抗橫傾系統(tǒng)管路控制原理

吊機在正常操作時，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從右舷開始起吊貨物船舶向右傾角度超過2°時，數(shù)據(jù)反饋到集中控制箱，通過內(nèi)部計算分析后集中控制箱按下列步驟發(fā)出指令：第一步：打開左/右舷7號、左/右舷6號、左/右舷4號壓載水艙的電動閥;第二步：打開NO.1總用泵前后的電動閥;第三步，操作轉(zhuǎn)換閥門，全部閥門的打開和關(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NO.1總用泵。這時右舷的NO.4（S）， NO.6（S）， NO.7（S）壓載艙的壓載水通過NO.1總用泵駁運，經(jīng)過兩邊相聯(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，通過駁運壓載水來調(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，船舶才會回到原來的平衡0°狀態(tài);當(dāng)?shù)鯔C旋轉(zhuǎn)操作速度過快或者起吊貨物較重使船舶向右橫傾達(dá)到4°時，集中控制箱收集數(shù)據(jù)后通過內(nèi)部計算分析，（下轉(zhuǎn)第頁） （上接第頁）

發(fā)出打開NO.2總用泵前后的電動閥指令，閥門打開信息反饋集中控制箱后發(fā)出指令起動NO.2總用泵加快駁運速度，此時NO.1和NO.2兩臺總用泵同時間工作，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°才會停止運轉(zhuǎn)兩臺總用泵;當(dāng)船舶向左橫傾時操作類似，只是反向操作轉(zhuǎn)換電動閥門。

6? ? 結(jié)束語

船舶抗傾系統(tǒng)在潛水器設(shè)備吊放過程中也有使用，以確保設(shè)備吊放和工作過程中的平穩(wěn)性。德國安聯(lián)保險2012年發(fā)布的報告指出，75%～96%的海上事故是人為錯誤的結(jié)果。因此，在智能化水平足夠的基礎(chǔ)上，簡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]中國船級社.鋼質(zhì)海船入級規(guī)范[S]. 2015.

[2]美國船級社.90 m以下鋼質(zhì)海規(guī)[S]. 2013.

[3]船舶設(shè)計實用手冊（輪機分冊）[M]. 1999.