一種水下網具鋼絲繩切割裝置的設計

房 熊

（1. 中國水產科學研究院 漁業機械儀器研究所，上海 200092；2. 農業部 遠洋漁船與裝備重點實驗室，上海 200092；3. 海洋國家實驗室 深藍漁業工程裝備技術聯合實驗室，山東青島 266237）

0 引言

長江流域豐富的水生生物資源以及多樣的水域生態環境對于維護我國生物的多樣性和生態平衡，保障國家生態安全具有無可替代的重要作用。長江流域是我國水生物多樣性最為典型的區域之一，是我國重要的生態寶庫，分布有魚類370余種，其中170種為長江特有魚類。但目前長江流域漁業資源出現了嚴重的衰退，流域的資源環境面臨崩潰，2011年長江三峽庫區、壩下、洞庭湖、鄱陽湖和河口區的天然捕撈量已經不足5萬噸。近兩年鄱陽湖和洞庭湖的漁業產量與歷史最高產量相比，降幅均超過 50%。湖北省 2010年長江捕撈量26.4萬噸，2011年只有20.6萬噸。導致長江漁業資源銳減的原因固然很多，但最主要的原因還是過度捕撈[1-3]。在一些地方，漁民采取的是斷子絕孫、趕盡殺絕式的捕撈方式。根據統計，我國管轄海域漁業資源可捕量為 800萬噸～900萬噸，實際的年捕撈量在1 300萬噸左右，由于過度捕撈和環境污染，我國近海魚類產卵場遭到嚴重破壞，海洋漁業資源持續衰退，我們的長江也承載不起這樣的負荷了，長江迫切需要休養生息[4-6]。

1 非法網具清理裝置

1.1 現場調研情況

受農業農村部長江辦的邀請及安排，在上海漁港監督管理局帶領下，漁機所項目組成員赴福建省東山某海域參觀當地拆除違法定制網的執法任務，并著重對廈門市海洋綜合行政執法支隊閩廈漁輔35001漁政執法船及其配備的清理違法定制網具的專業裝備進行調研，希望借鑒相關單位在拆除定制網具方面的豐富經驗和創新思維，以為研究長江口專業化清理深水張網的執法船舶和裝備提供更多幫助。

閩廈漁輔35001漁政執法船總長28 m，型寬8.50 m，型深2.00 m，設計吃水1.3 m，設計排水量259.66 t，總噸位154 t，主機功率894 kW，發電機組功率60 kW，航速11.25 kn。該船為鋼質、單底、單甲板、艉駕駛樓、艉機型、單機、大直徑螺旋槳、單舵、混合骨架式船舶。艏部靠兩舷布置2臺起錨絞車，使用2只兩爪錨，錨索形式為鋼絲繩結合少量錨鏈。艏部中間布置1臺專業拆除定制網重型設備。船舶中部為四周帶圍板的堆網區域，供放置拆除的網具和毛竹。船舶中部靠艉兩層甲板室，第一層主要為生活處所，第二層為駕駛處所，信號桅和雷達布置在羅經甲板。

閩廈漁輔35001漁政執法船配備的專業定制網清理裝備是從廈門重工的 XG825EL挖掘機改裝而來。裝備底盤由雙履帶構成，必要時可移動至岸上進行維修和養護。整套設備放置于執法船艏部的凹槽內，通過6根錨鏈與眼板配合固定。整套設備在駕駛室操作，可全回轉作業。2節臂長約12 m，前部帶大型反鏟式鏟斗，鏟斗容量約為1 m3。如圖1所示。

圖1 閩廈漁輔35001漁政執法船

1.2 現有清理裝置存在的問題

調研過程中發現，該設備拆除當地海域網具的工作效率快，效果佳，但根據長江口水域的使用要求，仍存在以下問題：1）該設備長期在海上使用，尤其是吊臂和鏟斗更是經常浸泡在海水中，但由于該設備原是陸用重型機械，在改裝過程中也沒有考慮海水腐蝕問題；2）船舶在海上航行和作業時避免不了橫搖和縱傾的發生，設備應考慮船用設備的使用工況問題；3）該設備處理毛竹和定制網具效果不錯，但若處理長江口水域的鋼絲繩和錨具，就無從下手，是否考慮將吊臂前的鏟斗改成多功能機械手，能包含錨索夾具、液壓剪、抓斗等功能；4）執法船實為船＋機械的簡單累加，是否考慮將設備直接建在船上，這樣既可以綜合考慮設備操作時候的視野盲區問題，減少安全隱患，對于船舶來說，又能減輕設備的重量以提高船舶的穩性效果。圖2為現有的拆除定制網重型設備。

圖2 網箱拆除重型設備

2 新型網具鋼絲繩清理裝置

2.1 裝置的工作原理及主要技術參數

新型網具鋼絲繩清理裝置方案的主要原理是，重新設計新的便攜式鋼絲繩剪切設備，增加新的功能模塊，通過便攜式液壓剪的設計使執法人員簡單快速地剪切鋼絲繩等違法用具。工作時，執法人員手持該液壓剪靠近需要剪切的地方，然后把液壓剪安裝在鋼絲繩上插好插銷，最后按下液壓泵的按鈕即可快速簡單地剪斷鋼絲繩等，其工作原理為：通過施加在油缸上的動力完成刀刃的開合，完成對鋼絲繩的預夾緊，通過手工移動來吊調整鋼絲繩及液壓剪的位置，然后進行剪切[7-9]。其主要特點是：液壓剪切斷強度大，工作效率高，可剪切鋼絲繩、金屬結構管道，特別是條狀的金屬材料；刀具采用可重磨的工具鋼制造，刀片可更換，從而可延長產品的使用壽命；使用安裝簡便，只需一個操作人員將插銷固定即可，剪切位置可隨意挑選，符合工程學的刀型設計能自然地把被剪材料推向剪切力量最大的刀片中，從而在水下進行自由的切割工作[10]。

新型網具鋼絲繩清理裝置的主要技術參數如表1所示。配備的液壓泵的參數如表2所示。

表1 新型網具鋼絲繩清理裝置主要技術參數

表2 液壓泵參數

續表2：

2.2 結構設計

根據前期調研結果，分析實際網具鋼絲繩清理中遇到的問題及瓶頸，設計出一種新型的鋼絲繩清理液壓剪裝置，如圖3所示。鋼絲繩剪切裝置零件表見表3。

圖3 鋼絲繩剪切裝置結構

表3 鋼絲繩剪切裝置零件表

該裝置主要包括液壓缸、動刀、定刀、固定銷釘、活動銷釘、快速接頭、鋼絲繩孔徑調整塊等。同時，系統配備的高壓泵具有重量輕、體積小、機動性高的優點，其發動機冷卻條件好，可長時間使用，是理想的液壓機動泵。該泵的使用范圍廣，噪聲低，無需準備時間，在執法過程中可保持連接狀態[11]。

操作閥具有保持液壓載荷功能，可逐級保持載荷。專用力值指示表直接顯示輸出力值，且力值指示表可360°旋轉，方便在任何角度觀察并且工作可靠，徑向柱塞泵有排氣方便、使用壽命長、操作簡單、維護方便等特點[12]。液壓泵見圖4。

圖4 液壓泵

3 鋼絲繩切割器樣機試制及試驗

根據結構設計思路，試制了鋼絲繩切割器樣機。樣機工作時，動刀固定在液壓缸活塞上，定刀用銷釘固定在液壓缸切刀座上，待切鋼絲繩穿過動刀與定刀之間的孔，當給液壓缸供油時，活塞帶動動刀移動，對鋼絲繩進行剪切。鋼絲繩擋塊阻止鋼絲繩因剪切扭矩而進行偏轉，有助于提高刀的使用壽命[13-14]。切斷后停止供油，活塞將在復位彈簧的作用下復位。該鋼絲繩切斷器在液壓力的作用下，活塞推動刀片移動，對鋼絲繩進行冷切斷。該切斷器具有切割速度快、工作效率高等特點。由于是手持式切斷器，因此該鋼絲繩液壓剪在使用時具有靈活隨意且操作方便的特點。同時，該裝置配有小型超高壓本站或在其他機械液壓系統中安裝增壓泵以提供液壓源，因此使用環境較為廣泛。該剪切器采用冷切的方式，在剪切過程中不產生火花等危險因素，所以特別適合船舶或者其他海工特種行業[15]，見圖 5。

圖5 鋼絲繩剪切裝置樣機

根據長江口快速清理裝置的設計要求及目的，結合前期陸地上的試驗結果，進行現場船試并順利完成了剪切鋼絲繩的海試。試驗中共對長江口非法捕撈網上的鋼絲繩進行了5次剪切，鋼絲繩的直徑約為22 mm。

結果表明，鋼絲繩均被快速順利地剪斷，平均用時5 s，且鋼絲繩切口平整，整個剪切過程中未發生液壓剪卡頓現象，完全達到了設計要求和使用目的。該液壓剪在試驗中表現出了很好的可靠性及操作便利性。具體試驗圖如圖6和圖7所示。

圖6 海上現場試驗

圖7 海上現場試驗

4 結論

本文設計并試制了新型的快速拆除非法張網網具的專業化機械設備，并依托漁業執法船，利用專業化機械設備高效清理深水區非法張網漁具，以提高非法捕撈的生產成本，減小非法漁民獲利空間，利用專業化的網具快速破除裝備，提高漁業執法效率和安全性，加快取締非法張網捕撈漁具，恢復該水域正常的漁業生產，為漁業生態修復和資源保護提供高效執法裝備技術支撐。

通過設計研究和樣機試制，為今后海洋流域內非法網具的清理裝備設計及制作、材料的選擇及工藝流程提供了理論依據和參考，大大提高了設計的效率和水平，為我國漁業的可持續發展提供了技術支撐和保障。