航道多功能水下作業桿研制

陳鐘

摘 要：隨著長江航道通航服務要求，研發高效的山區航道維護作業工具，具有重要現實意義。本文針對竹制爪桿其結構簡陋與功能性的不足，利用新材料和新結構，研制了新型的航道作業桿，并集成了多行業實用性的功能接頭，實現了鉤、拉、鋸、砍等一桿多用的功能。經實際測試應用，該工具突破了傳統爪桿的功能單一性，可提高航道維護現場作業效率，推動了航道維護手動工具的技術革新。

關鍵詞：作業桿;多功能;航道作業

中圖分類號：U676.6? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）05-0077-03

目前，山區航道水上常規作業，仍在采用傳統的竹制爪桿工具（圖1），即桿身材料為天然竹子，其中一頭用線或鐵絲綁有爪形彎鉤，竹子具有較強的韌性和硬度，適合常規的水上撈、鉤、挑、拉等作業。但是，其功能性單一，且竹制爪桿受材質的影響，型材無法人為控制，長江上游地區屬于高潮濕區域，竹子受雨水、潮氣以及太陽高溫的暴曬，易造成竹桿的破裂和斷裂（如圖2）。同時，爪鉤是通過線或鐵絲捆綁的方式固定在竹桿身上，在作業時存在爪鉤脫落的隱患。作為航道水上作業工具，竹制爪桿無法進行人工保養維護，只能對損壞的爪桿進行替換，設備消耗量較大。

針對目前傳統竹制爪桿出現的情況，結合長江上、中、下游通用因素調查發現：不同的航道維護船只，使用的爪桿長度都不同，一個常規維護站，需要配備多根粗細長短不同的爪桿。例如，常規躉船和行船上使用的是3-5m長的爪桿，而快艇作業上需要使用2m左右細短桿，且工作范圍單一，無法伸縮攜帶，取放不便，只能用于打撈渣草、水上漂浮物等輔助性工作，不能全方位適應現在航道水上作業的需求。

綜上所述，本文針對航道水上作業范圍進行統籌調研，綜合現代航道維護中的工作環境，開展新一代的多功能航道作業桿研制。

1 航道多功能水下作業桿設計

1.1總體思路

經過對傳統竹制爪桿的研究調查發現：一是傳統爪桿主材選用天然竹子，長短粗細和具體尺寸無法進行精確控制，爪桿功能單一;二是傳統爪桿采用線繩綁扎的方式，在竹竿的一端綁扎單頭鉤或雙頭鉤，如果同時需要單頭鉤或雙頭鉤，則只能制作兩根各自獨立竹制爪桿。針對傳統爪桿的功能單一、材料易損壞、使用不方便等諸多缺點，本項目根據航道維護作業需求，研制一套剛韌性強、操作安全快捷、作業范圍廣、攜帶方便等特點的新型航道作業桿，其總體研發原則如圖3所示。

1.2功能需求分析及方案設計

因航道水上作業受流速和流向的影響，為保證生產作業的安全性，新型的航道作業桿須具有組裝簡單、易操作、重量輕、強度大的特點。多功能接頭應緊貼生產實際，能滿足常規作業中的鉤、拉、切、砍、鋸等功能，為適應現在航道全方位作業的需求，還要拓展出水下可視化作業的功能（如圖4所示）。

1.3航道多功能水下作業桿研制關鍵技術

1.3.1結構設計

該套工具主要結構包括：桿身、000桿身連接螺桿、鉤頭（單頭鉤、雙頭鉤等）、功能拓展組件（圖2，圖3）。桿身采用分離式連接套桿設計，分別制作桿徑統一，長度為30cm、50cm、1m、1.5m、2m的碳纖管內嵌式連接螺紋桿，共5根為一套的完整連接系統。每根作業桿可進行任意連接，也可以單獨構成各自獨立的作業系統。

1.3.2材料選擇

桿身采用高強度的碳纖維作為桿身材料，碳纖維有"外柔內剛"，質量比金屬鋁輕，但強度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼備紡織纖維的柔軟可加工性，碳纖維兼具碳材料強抗拉力和纖維柔軟可加工性兩大特征，碳纖維是一種力學性能優異的新型材料，因此作為桿身材料最為合適。

1.3.3工具裝配

使用時根據實際工作需求，選擇合適長度的作業桿，將公母螺紋接頭，進行旋轉連接，再根據生產環境選擇連接所需功能接頭，完成整體組裝。

2 航道多功能水下作業桿系統集成

因航道作業的特殊性，以及水上作業環境的多變性，為了保障航道作業的安全和提高生產效率，所以研制的新型航道作業桿，根據以上特性和實際生產所需，設計了作業桿系統集成。

2.1集成系統功能分析

按照項目設計的基本思路，最終研制的作業桿，須實現以下幾種功能：

功能一：桿身材料剛韌性強

新型作業桿的桿身應滿足剛韌性，能滿足航道生產作業中的推、拉、拉切、推切等高強度和高韌性的使用環境。

功能二：桿身的長度能自由調節

桿身的長短，可根據工作的需要，任意伸長、拆短。

功能三：多功能拓展

作業桿可以根據不同工作范圍和工作特性，快速選用和裝換作業需要的功能頭，實現多功能快速拓展和轉換的靈活性。

功能四：耐腐蝕、耐高溫

功能五：帶有傳統測水功能

因水上作業環境特殊，新型作業桿需滿足耐高溫和耐腐蝕的特性，且維護簡單，能進行長久甚至永久使用。

2.2水下可視子系統

水下可視模組（圖8）采用專業水下檢查設備，能對船舶水下情況和水下部件進行觀察或自檢，用于正常船舶維護和船只突發事故的水下受損情況的快速評估、定損。

3 應用與測試

3.1應用

該套工具研制成功后，先后在長江瀘州航道局所屬的瀘州航道處、榕山航道處和江陽航道處進行了不同水域環境下的試用（圖9、圖10）。通過各單位在不同時段的應用，得到了廣大一線職工的肯定，取得了良好的應用效果，特別是在靈活輕便、快捷安全上，得到了一致好評。現已成為一套功能完善、性能穩定的成熟產品（圖11）。

以前需要使用不同長度和不同功能的作業桿來進行的作業，現在只需要調節新型作業桿桿身長度并更換功能接頭即可有效完成作業，使工作效率提升了70%。傳統的竹制作業桿，因其制作材料采用竹子為主要材料，開采及購買費用約為90元/根，現在國家正處于環境生態保護的重要階段，竹子的開采受到限制，很難買到適合制作作業桿的竹子，價格漲幅到了150元/根，據統計我局每年航道維護需要竹子100根左右，其總價約為15000元/年。新研制的航道作業桿，因其材料耐高溫、耐腐蝕的特殊性，在定期簡單維護保養后，使用期限能達到5年以上，且維修維護成本低，整體造價在9000元/套，相比竹制作業桿其成本大大降低，使用時間更長，工作效率更高。

3.2測試

通過一年多的應用試驗，該套工具完全突破了傳統爪桿的概念，成為方便實用、節能環保的現代化工具。特別是水下可視功能的開發，解決了過去航道船舶被網狀雜物纏繞，必須上墩檢查處理的生產難題，可借助該設備直接清理即可。節約了維修成本，也減輕了職工的勞動強度。但受長江水流雜質的影響，在中、洪水期，其可視功能受到一定程度的影響，有待于進一步的研討、解決。

4 結語

在水上各行業的生產作業中，一根竹制爪桿是必不可少的生產工具，該工具應用了多種新材料和先進的制造技術，創建更安全、高效、廣泛的工作環境和功能，被航道職工們親切的稱之為“航道人的如意金箍棒”。今后在更多的水上行業中，會逐漸出現該型號作業桿更為廣泛的應用。

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