淺談?shì)o助靠泊系統(tǒng)應(yīng)力銷國(guó)產(chǎn)化及應(yīng)用

徐菲菲 徐征

摘 要：針對(duì)輔助靠泊系統(tǒng)中主要部件應(yīng)力銷進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化研究，分析國(guó)產(chǎn)化的主要思路和指標(biāo)，并在此基礎(chǔ)上在典型接收站進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，總結(jié)應(yīng)用情況，供推廣和借鑒。

關(guān)鍵詞：應(yīng)力銷;國(guó)產(chǎn)化;實(shí)際應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U66? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）05-0065-03

1概述

輔助靠泊系統(tǒng)是為碼頭船舶靠離泊時(shí)提供安全保障的設(shè)備設(shè)施，它包含靠泊監(jiān)控系統(tǒng)（Laser Docking System，LDS）、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)（Environment Monitor System，EMS）、纜繩應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)（Mooring Load Monitor System，MLMS）、快速脫纜系統(tǒng)（Quick Releasing Hook System）、脫纜鉤開合狀態(tài)顯示系統(tǒng)（Hook Status Display System，HSD）和船岸連接系統(tǒng)（Shore Ship Link System，SSL）[1]。其中纜繩應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)（MLMS）中的核心部件應(yīng)力銷，是檢測(cè)纜繩張力的傳感器，由于精度要求高等要求影響，一直都是被國(guó)外所壟斷。但實(shí)際使用中進(jìn)口設(shè)備/備件采購(gòu)周期長(zhǎng)、造價(jià)成本高，國(guó)外技術(shù)人員維護(hù)響應(yīng)速度慢等因素都對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行造成很大影響。綜合分析大部分脫纜鉤應(yīng)力銷零點(diǎn)漂移以及測(cè)量值失準(zhǔn)的情況，對(duì)進(jìn)口核心部件是否具有優(yōu)勢(shì)的討論陸續(xù)開展，能否自行開發(fā)制造核心部件的想法逐步萌生，制造并使用自行參與研發(fā)的國(guó)產(chǎn)化核心部件是相關(guān)技術(shù)人員的目標(biāo)。

2 應(yīng)力銷國(guó)產(chǎn)化主要思路

根據(jù)應(yīng)力銷使用情況調(diào)研進(jìn)行分析，國(guó)產(chǎn)化應(yīng)力銷應(yīng)具有以下5點(diǎn)要素：

（1）由于安裝環(huán)境在鹽分較高的海邊，所以選擇的材料必須具有良好的抗腐蝕性能。

（2）應(yīng)力銷作為脫纜鉤的部分軸承，所以材料必須具有耐磨性。

（3）設(shè)計(jì)的最大載荷是安全載荷的1.5倍，所以材料的抗拉強(qiáng)度要高。

（4）材料的力學(xué)性能能夠在金屬表面均勻分布，這樣可以準(zhǔn)確的測(cè)出拉力值。

（5）國(guó)產(chǎn)化加工工藝保證實(shí)際使用的準(zhǔn)確性和相關(guān)環(huán)境要求。

前四項(xiàng)是針對(duì)應(yīng)力銷的材料提出的要求，最后一項(xiàng)是針對(duì)應(yīng)力銷的加工工藝提出的要求，所以國(guó)產(chǎn)化研發(fā)中主要圍繞這兩個(gè)方面展開。

3 應(yīng)力銷國(guó)產(chǎn)化主要指標(biāo)分析

3.1 應(yīng)力銷材料選擇分析

根據(jù)應(yīng)力銷材料選擇的抗腐蝕性、耐磨性、抗拉強(qiáng)度高、準(zhǔn)確性等4個(gè)要素，優(yōu)先選擇不銹鋼材質(zhì)作為測(cè)試材料。考慮到材料的抗拉強(qiáng)度以及耐腐蝕等要素，根據(jù)GB/T 20878-2007對(duì)大量的不銹鋼材進(jìn)行材質(zhì)成分和組織特點(diǎn)進(jìn)行分析篩選后，選擇了壓力容器專用鋼（022Cr17Ni12Mo2，又稱鈦鋼和316L精鋼）和超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼17-4PH（05Cr17Ni4Cu4Nb）作為生產(chǎn)應(yīng)力銷的候選材質(zhì)[2]。

對(duì)兩種候選鋼材進(jìn)行不銹鋼應(yīng)變體受力輸出試驗(yàn)，17-4PH的輸出線性關(guān)系明確，且最大輸出值符合貼片設(shè)定值，最大輸出值與線性關(guān)系良好，而316L的輸出線性關(guān)系存在明顯的數(shù)據(jù)離散情況，而且最大輸出值小于貼片設(shè)定值。經(jīng)比較，17-4PH材質(zhì)在經(jīng)過熱處理后的硬度和力學(xué)性能中的金屬表面均勻分布完全優(yōu)于316L材質(zhì)。

在對(duì)兩種材料進(jìn)行疲勞度測(cè)試（見表1），在同等尺寸軸承的相同載荷下，316L材質(zhì)的抗拉強(qiáng)度明顯弱于17-4PH。17-4PH材質(zhì)的受力載體能夠在受力釋放后立即回零，316L材質(zhì)在持續(xù)受力后，其發(fā)生的彈性形變導(dǎo)致回零時(shí)間較長(zhǎng)，而且在不斷地疲勞測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)該形變不可逆，導(dǎo)致測(cè)量零漂情況很容易發(fā)生且時(shí)間加長(zhǎng)零漂數(shù)據(jù)增大。最終決定使用17-4PH沉淀硬化超高強(qiáng)度不銹鋼來生產(chǎn)受力載體。

3.2 應(yīng)力銷加工工藝分析

根據(jù)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)脫纜鉤應(yīng)力銷的尺寸，設(shè)計(jì)的尺寸數(shù)據(jù)為Φ109.9-0.3mm，長(zhǎng)度359.5mm，需要在應(yīng)力銷表面加工潤(rùn)滑脂導(dǎo)槽，由于需進(jìn)行貼片工藝操作，需在電纜側(cè)端面沿軸向中心開孔，尺寸為Φ30-0.3mm，長(zhǎng)度190.6mm。

在國(guó)產(chǎn)化應(yīng)力銷中使用的是箔式電阻應(yīng)變片[3]，它是由直徑為0.02～0.05mm的康銅絲或者鎳鉻絲繞成柵狀（或者用很薄的金屬箔3～6μm腐蝕成柵狀）夾在兩層絕緣薄片（基底，15～16μm）中制成。

應(yīng)變片貼片處理步驟主要包括：

（1）應(yīng)變計(jì)準(zhǔn)備：將待用的應(yīng)變計(jì)進(jìn)行外觀檢查和組織測(cè)量。目的在于檢查敏感柵是否有短路、斷路，并進(jìn)行阻值分選，對(duì)于共用溫度補(bǔ)償?shù)膽?yīng)變計(jì)，阻值相差不得超過±0.5。同一次測(cè)量的應(yīng)變計(jì)，靈敏系數(shù)必須相同。

（2）構(gòu)件表面清理：首先是清除表面氧化層和污垢;然后對(duì)金屬構(gòu)件表面進(jìn)行磨平或挫平，并使用細(xì)砂紙進(jìn)行打磨拋光，打磨光潔度應(yīng)達(dá)到左右;對(duì)于非常光滑的構(gòu)件，則需要使用細(xì)砂紙沿45°方向交叉打磨出一些紋路，以增強(qiáng)粘結(jié)力。打磨面積約為應(yīng)變計(jì)面積的5倍左右，打磨完畢后，用劃針輕輕劃出貼片的準(zhǔn)確位置。表面處理的最后一道工序是清洗，即用潔凈棉紗或脫脂棉球蘸丙酮或其他揮發(fā)性溶劑對(duì)貼片部位進(jìn)行反復(fù)擦洗，直至棉球上見不到污漬為止。

（3）貼片：待清洗劑揮發(fā)后，先在貼片位置滴一點(diǎn)粘合膠，用應(yīng)變計(jì)背面將膠水涂勻，然后使用鑷子輕輕撥動(dòng)應(yīng)變計(jì)，調(diào)整位置和角度。完成定位后，在應(yīng)變計(jì)上墊一層聚乙烯或四氟乙烯薄膜，用手指輕輕擠壓出多余的膠水和氣泡，待膠水初步固化后即可松開。粘貼好的應(yīng)變計(jì)應(yīng)保證位置準(zhǔn)確，粘結(jié)牢固，膠層均勻、無氣泡和整潔干凈。

（4）導(dǎo)線的焊接與固定：粘結(jié)劑初步固化后即可進(jìn)行導(dǎo)線焊接，常溫靜態(tài)測(cè)量可使用雙芯多股銅質(zhì)塑料線作為導(dǎo)線，動(dòng)態(tài)測(cè)量使用三芯或四芯屏蔽電纜做導(dǎo)線。應(yīng)變計(jì)和導(dǎo)線間的連接最好通過接線端子，焊點(diǎn)確保無虛焊。導(dǎo)線與試件綁扎固定導(dǎo)線兩端根據(jù)測(cè)點(diǎn)的編號(hào)做好標(biāo)記。

（5）貼片質(zhì)量檢查：包括外觀檢查、電阻和絕緣電阻的測(cè)量。外觀檢查主要觀察貼片方位是否正確，應(yīng)變計(jì)有無損傷，粘貼是否牢固和有無氣泡等;測(cè)量電阻值可以檢查有無斷路;絕緣電阻是最重要的受檢指標(biāo)，絕緣的好壞取決于應(yīng)變計(jì)的基底，粘貼不良或固化不充分的應(yīng)變計(jì)絕緣電阻值低。

（6）應(yīng)變貼片及導(dǎo)線的防護(hù)：對(duì)已充分干燥、固化，并已焊接好導(dǎo)線的應(yīng)變計(jì)，立即涂上防護(hù)層，使用環(huán)氧樹脂進(jìn)行灌膠保護(hù)。

（7）實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行工廠多點(diǎn)標(biāo)定測(cè)試：應(yīng)力銷在灌膠保護(hù)完成后，等環(huán)氧樹脂完全凝固后在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)應(yīng)力銷進(jìn)行多點(diǎn)標(biāo)定，及整體檢查測(cè)試。

4 應(yīng)用情況

根據(jù)國(guó)產(chǎn)化應(yīng)力銷改造要求，在生產(chǎn)制造出國(guó)產(chǎn)化應(yīng)力銷后，先在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行計(jì)量標(biāo)定。國(guó)產(chǎn)應(yīng)力銷的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定最大誤差為±2%，且為滿量程標(biāo)定。優(yōu)于進(jìn)口應(yīng)力銷3%的精度。表2和表3是兩臺(tái)國(guó)產(chǎn)化應(yīng)力銷的實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)。結(jié)果證明實(shí)驗(yàn)測(cè)試的兩臺(tái)國(guó)產(chǎn)化應(yīng)力銷數(shù)據(jù)線性度很好，誤差值均滿足要求。

完成實(shí)驗(yàn)室計(jì)量標(biāo)定后，兩臺(tái)國(guó)產(chǎn)化應(yīng)力銷在浙江LNG接收站進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行測(cè)試。依照安裝方式于2017年12月完成替換，安裝投用的國(guó)產(chǎn)化應(yīng)力銷在2018年至今已良好運(yùn)行一百多個(gè)接卸周期，依照接船期間的定期檢查以及LNG船舶離泊后傳感器的性能十分穩(wěn)定，在全年高頻次、高密度的接卸作業(yè)過程中未出現(xiàn)零點(diǎn)漂移情況。

另外根據(jù)“國(guó)產(chǎn)化”思想，針對(duì)輔助靠泊系統(tǒng)脫纜鉤大部分均存在零點(diǎn)漂移情況，經(jīng)過討論與初步的可行性試驗(yàn)，確定依照實(shí)驗(yàn)室計(jì)量標(biāo)定的儀器進(jìn)行仿制，制作一套利于現(xiàn)場(chǎng)操作人員實(shí)際測(cè)試及標(biāo)定的工具。此套測(cè)試工具包括一臺(tái)液壓油泵、一臺(tái)液壓千斤頂（150Ton）、一個(gè)專用模具、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)變量輸出控制箱和一臺(tái)手持終端。可以現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行應(yīng)力銷標(biāo)定，簡(jiǎn)單方便，配合制定合理的預(yù)防性測(cè)試，包括兩臺(tái)國(guó)產(chǎn)化應(yīng)力銷在內(nèi)的全部應(yīng)力銷每個(gè)季度保證測(cè)試覆蓋，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)于誤差趨勢(shì)偏大的應(yīng)力銷，在LNG船舶接卸過程中重點(diǎn)關(guān)注運(yùn)行情況，切實(shí)降低維護(hù)成本。

5 總結(jié)

輔助靠泊系統(tǒng)應(yīng)力銷國(guó)產(chǎn)化的研究及應(yīng)用大大開拓了相關(guān)進(jìn)口設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的思路，相比進(jìn)口應(yīng)力銷，平均每個(gè)國(guó)產(chǎn)應(yīng)力銷可節(jié)省費(fèi)用約5萬元，按照目前2個(gè)國(guó)產(chǎn)化應(yīng)力銷更換成本計(jì)算，可節(jié)省約10萬元。一般LNG接收站輔助靠泊系統(tǒng)共有28個(gè)應(yīng)力銷，如后續(xù)的故障更換均國(guó)產(chǎn)化，則可節(jié)省費(fèi)用約140萬元。除此之外，國(guó)產(chǎn)化的應(yīng)力銷供貨周期縮短到2個(gè)月，后期維護(hù)相應(yīng)可做到24小時(shí)內(nèi)，另可挽回延遲接船滯港費(fèi)8-10萬美金/天。可將此國(guó)產(chǎn)化設(shè)備作為降本增效的舉措供其他接收站或碼頭借鑒，尤其是新建接收站一次性國(guó)產(chǎn)化效益更大。

下一步需要進(jìn)一步收集國(guó)產(chǎn)化應(yīng)力銷的使用數(shù)據(jù)，針對(duì)反饋情況優(yōu)化國(guó)產(chǎn)應(yīng)力銷，尤其是選用金屬材質(zhì)理論數(shù)據(jù)理想，需要進(jìn)一步在實(shí)際中驗(yàn)證優(yōu)化。

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