工程船绞缆机被动式收放缆控制结构分析范文

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《海交史研究》2016年第5期

摘要：以工程船绞缆机为研究对象，针对当前工程船绞缆机日常操作频繁、工作环境恶劣、行程开关容易因锈蚀而损坏、刹车装置容易出现异常、作业中移位不精确等问题与不足，从绞缆机的设计要求出发，利用AutoCAD设计出了新型被动式收放缆控制结构，并介绍了其工作原理及主要组成。最后从结构、经济、技术、操作等方面论证了设计出来的绞缆机被动式收放缆控制结构的可行性。结果表明,这种装置是可行的，其具有操作频率高、工作可靠、移位精确、维修成本低等优点。

关键词：绞缆机；被动式；可行性；移位精确

0引言

自21世纪初起，随着世界经济的快速崛起，航运业也蓬勃发展，促进了船舶配套设备的研究与生产。当今世界，日本、韩国、德国、英国等国家是船舶配套设备的主要生产国。这些国家工业基础雄厚，产品设计和加工工艺比其他国家更具有先进性，船舶配套设备系列化水平高且结构优化、可靠性好。我国的航运业起步晚，主要靠引进国外先进技术，缺乏独立自主的核心技术，以常规产品居多，与国外先进造船国家有很大的差距。绞缆机是船舶系泊设备的重要组成部分，当前船上大多采用电动式绞缆机。绞缆机又称系缆绞车，利用绞缆机收绞缆索，可使船舶系靠。在船首，系缆卷筒和锚机使用同一种动力，用离合器啮合或脱开。在船尾则大多设置独立的绞缆机。绞缆机按其动力分为电动绞缆机和液压绞缆机；按卷筒轴线方向分为卧式绞缆机和立式绞缆机；按缆绳工作方式的不同可分为普通绞缆机和自动绞缆机。目前绞缆机刹车装置的起停操作都是通过绞缆机机旁操控杆和一接触式行程开关实现的。由于绞缆机日常操作频繁，每次工作需操作几十次，每天大约10个类似工作，加上工作环境恶劣，如海浪、潮气等因素，使得该行程开关与操控杆的接触点生锈、行程开关内部绝缘降低和内部触点接触不良等，每2个月就因锈蚀而损坏，损坏后绞缆机刹车装置就出现异常，引起船舶作业中移位不精确，造成安全事故和绞缆机液压马达等设备的损坏，影响船舶营运率。

1设计要求分析

对绞缆机的基本要求：应能保证船在受6级风以下时（风向垂直于船体中心线）仍能系住船舶。其额定负荷（拉力）应该根据船舶的吨位，按规范选取。额定负荷时的绞缆速度一般为15~25m/min,空载绞缆速度一般在30m/min以上，最大可达50m/min。针对现如今绞缆机的行程开关与操控杆的接触点容易因锈蚀而损坏、制动性能不好、作业移位不精确等问题，为了提高绞缆作业的效率，并参考其他工程船绞缆机起停操作设备的设计等资料，确立了被动式收放缆控制结构绞缆机的设计要求,具体如下：1）操作简单，工作可靠、安全；2）使用频率高，寿命长，功耗低；3）开关复位精确度高；4）经济性好，易于维修，节约成本。

2图样设计

利用AutoCAD软件设计的新型工程船绞缆机被动式收放缆控制结构的原理。

3可行性分析

3.1设计可行性分析

新型工程船绞缆机被动式收放缆控制结构，包括缆绳，缆绳上设有应变式传感器2。在船舶停泊期间，由于潮汐的涨落、重型货物的移动导致船舶吃水的变化以及风力的影响，缆绳所受的拉力会发生变化，导致各缆绳受力不均匀，其中一根因过载被拉断会影响到其他几根，增加了不安全性。应变式传感器应用于绞缆机，可以实现对缆绳上拉力的实时监测，当缆绳因受力变形时会产生及时的应变。应变式传感器2连接控制模块1，传感器把信息传给控制模块1，控制模块1为单片机，负责将信息进行集中处理；控制模块1连接电源模块3，电源模块3连接太阳能电池板4，太阳能电池板能把吸收到的太阳能转换为电能，进而传送到电源模块3，节约能源、绿色环保，同时可以作为应急电源；还包括操作台8，操作台8上设有绞缆机液压控制阀10，液压控制阀反应速度快，动作敏捷，运动惯性小；液压控制阀10连接操纵器5；操纵器5上连接操纵随动器6；操作台8上方设有接近开关7，接近开关具有防水、防震的特点。接近开关7通过控制线路与控制模块1相连；接近开关7与操纵器5之间相距7～11mm。接近开关7连接绞缆机刹车电磁阀9，电磁阀通过得失电改变控制开关的状态进而控制刹车。但是，由于工作负荷大，刹车电磁阀容易卡住或者烧坏线圈。还表现为刹车力不足、噪声大等问题[8]。绞缆机刹车性能的好坏决定着作业人员的生命安全以及收放缆是否成功。因此，船舶绞缆机的刹车力必须在合适的范围。

3.2操作可行性分析

接近开关通过控制线路与控制模块相连，接近开关的操作频率可以智能化。控制模块为单片机，具有智能性，操作简单，能够有效防止操作人员的操纵稳定性不够问题。工作过程如下：首先，接通绞缆机控制系统的电源3，操纵器5不动的时候，与操纵器5相距一定间隙的接近开关7也不动作，此时绞缆机刹车电磁阀9不动作，绞缆机刹车带处于抱死刹车状态。当操作人员进行操作的时候，控制操纵器5运动，操纵器5与接近开关7的距离大于其动作值，因此接近开关7控制绞缆机刹车电磁阀9得电，刹车油缸动作，绞缆机刹车带松开，绞缆机处于收放缆工作状态。在进行收放缆绳的同时，设置在缆绳上的应变式传感器2能够感知到缆绳由于受力而形变，并将信息传送到控制模块1，控制模块1为单片机，控制模块1将信息进行集中处理后传送到接近开关7，控制接近开关7的通断从而控制绞缆机刹车电磁阀9，实现绞缆机的收放缆控制，起到精确控制和干预的作用。实现了对绞缆机缆绳收放缆绳速度的智能控制，满足多用途船舶作业中精确移位的要求。

3.3经济性分析

接近开关是一种位置开关，利用与运动部件的位置关系即可发出动作达到控制的目的。具有操作简单、工作可靠、使用寿命长、功耗低、复定位精度高、操作频率高以及适应恶劣的工作环境等特点，既有效地提高了绞缆机的使用率，又降低了绞缆机维修成本。同时该装置安装有太阳能电池板，有效地节约了能源，符合经济性要求。

3.4技术可行性分析

该新型工程船绞缆机被动式收放缆控制结构沿用船用绞缆机模块化设计理念，HeDavidW.率先研究了模块化产品的装配设计问题。在生产时对绞缆机进行模块化划分，有利于绞缆机各部分零件之间的对接与结合，使装配更简单方便。提高了绞缆机的自动化程度、安全性、可靠性。在缆绳上设有应变式传感器，应变式传感器与控制模块连接，实现对缆绳上拉力的实时监测，并通过控制模块有效地控制接近开关，进而控制刹车电磁阀，实现缆绳收放的精确移位，符合技术要求。

4结语

从工程船实际所需绞缆机工作条件要求和技术规范要求出发，针对现有绞缆机装置所存在的缺点和不足设计出绞缆机被动式收放缆控制结构装置。并从结构、操作、经济性、技术可行性等方面论证了设计出的绞缆机被动式收放缆控制结构的可行性。该结构主要针对当前绞缆机行程开关所存在的不足进行改进，使用了接近开关，具有更直接的使用效益。本文在智能化控制以及刹车性能方面还需要完善。随着科技的进步和船舶制造业的发展，船舶配套设备的完善，以及传感器技术的提高，接近开关的不断智能化，未来船舶绞缆机会更加趋向智能化控制，改进当前绞缆机的不足，提高安全性和经济性。

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作者：卢宇锋；吴文锋；袁强；王帅军；朱发新 单位：浙江海洋大学