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《海交史研究》2016年第5期

摘要：以工程船絞纜機為研究對象，針對當前工程船絞纜機日常操作頻繁、工作環境惡劣、行程開關容易因銹蝕而損壞、剎車裝置容易出現異常、作業中移位不精確等問題與不足，從絞纜機的設計要求出發，利用AutoCAD設計出了新型被動式收放纜控制結構，并介紹了其工作原理及主要組成。最后從結構、經濟、技術、操作等方面論證了設計出來的絞纜機被動式收放纜控制結構的可行性。結果表明,這種裝置是可行的，其具有操作頻率高、工作可靠、移位精確、維修成本低等優點。

關鍵詞：絞纜機；被動式；可行性；移位精確

0引言

自21世紀初起，隨著世界經濟的快速崛起，航運業也蓬勃發展，促進了船舶配套設備的研究與生產。當今世界，日本、韓國、德國、英國等國家是船舶配套設備的主要生產國。這些國家工業基礎雄厚，產品設計和加工工藝比其他國家更具有先進性，船舶配套設備系列化水平高且結構優化、可靠性好。我國的航運業起步晚，主要靠引進國外先進技術，缺乏獨立自主的核心技術，以常規產品居多，與國外先進造船國家有很大的差距。絞纜機是船舶系泊設備的重要組成部分，當前船上大多采用電動式絞纜機。絞纜機又稱系纜絞車，利用絞纜機收絞纜索，可使船舶系靠。在船首，系纜卷筒和錨機使用同一種動力，用離合器嚙合或脫開。在船尾則大多設置獨立的絞纜機。絞纜機按其動力分為電動絞纜機和液壓絞纜機；按卷筒軸線方向分為臥式絞纜機和立式絞纜機；按纜繩工作方式的不同可分為普通絞纜機和自動絞纜機。目前絞纜機剎車裝置的起停操作都是通過絞纜機機旁操控桿和一接觸式行程開關實現的。由于絞纜機日常操作頻繁，每次工作需操作幾十次，每天大約10個類似工作，加上工作環境惡劣，如海浪、潮氣等因素，使得該行程開關與操控桿的接觸點生銹、行程開關內部絕緣降低和內部觸點接觸不良等，每2個月就因銹蝕而損壞，損壞后絞纜機剎車裝置就出現異常，引起船舶作業中移位不精確，造成安全事故和絞纜機液壓馬達等設備的損壞，影響船舶營運率。

1設計要求分析

對絞纜機的基本要求：應能保證船在受6級風以下時（風向垂直于船體中心線）仍能系住船舶。其額定負荷（拉力）應該根據船舶的噸位，按規范選取。額定負荷時的絞纜速度一般為15~25m/min,空載絞纜速度一般在30m/min以上，最大可達50m/min。針對現如今絞纜機的行程開關與操控桿的接觸點容易因銹蝕而損壞、制動性能不好、作業移位不精確等問題，為了提高絞纜作業的效率，并參考其他工程船絞纜機起停操作設備的設計等資料，確立了被動式收放纜控制結構絞纜機的設計要求,具體如下：1）操作簡單，工作可靠、安全；2）使用頻率高，壽命長，功耗低；3）開關復位精確度高；4）經濟性好，易于維修，節約成本。

2圖樣設計

利用AutoCAD軟件設計的新型工程船絞纜機被動式收放纜控制結構的原理。

3可行性分析

3.1設計可行性分析

新型工程船絞纜機被動式收放纜控制結構，包括纜繩，纜繩上設有應變式傳感器2。在船舶停泊期間，由于潮汐的漲落、重型貨物的移動導致船舶吃水的變化以及風力的影響，纜繩所受的拉力會發生變化，導致各纜繩受力不均勻，其中一根因過載被拉斷會影響到其他幾根，增加了不安全性。應變式傳感器應用于絞纜機，可以實現對纜繩上拉力的實時監測，當纜繩因受力變形時會產生及時的應變。應變式傳感器2連接控制模塊1，傳感器把信息傳給控制模塊1，控制模塊1為單片機，負責將信息進行集中處理；控制模塊1連接電源模塊3，電源模塊3連接太陽能電池板4，太陽能電池板能把吸收到的太陽能轉換為電能，進而傳送到電源模塊3，節約能源、綠色環保，同時可以作為應急電源；還包括操作臺8，操作臺8上設有絞纜機液壓控制閥10，液壓控制閥反應速度快，動作敏捷，運動慣性小；液壓控制閥10連接操縱器5；操縱器5上連接操縱隨動器6；操作臺8上方設有接近開關7，接近開關具有防水、防震的特點。接近開關7通過控制線路與控制模塊1相連；接近開關7與操縱器5之間相距7～11mm。接近開關7連接絞纜機剎車電磁閥9，電磁閥通過得失電改變控制開關的狀態進而控制剎車。但是，由于工作負荷大，剎車電磁閥容易卡住或者燒壞線圈。還表現為剎車力不足、噪聲大等問題[8]。絞纜機剎車性能的好壞決定著作業人員的生命安全以及收放纜是否成功。因此，船舶絞纜機的剎車力必須在合適的范圍。

3.2操作可行性分析

接近開關通過控制線路與控制模塊相連，接近開關的操作頻率可以智能化?？刂颇K為單片機，具有智能性，操作簡單，能夠有效防止操作人員的操縱穩定性不夠問題。工作過程如下：首先，接通絞纜機控制系統的電源3，操縱器5不動的時候，與操縱器5相距一定間隙的接近開關7也不動作，此時絞纜機剎車電磁閥9不動作，絞纜機剎車帶處于抱死剎車狀態。當操作人員進行操作的時候，控制操縱器5運動，操縱器5與接近開關7的距離大于其動作值，因此接近開關7控制絞纜機剎車電磁閥9得電，剎車油缸動作，絞纜機剎車帶松開，絞纜機處于收放纜工作狀態。在進行收放纜繩的同時，設置在纜繩上的應變式傳感器2能夠感知到纜繩由于受力而形變，并將信息傳送到控制模塊1，控制模塊1為單片機，控制模塊1將信息進行集中處理后傳送到接近開關7，控制接近開關7的通斷從而控制絞纜機剎車電磁閥9，實現絞纜機的收放纜控制，起到精確控制和干預的作用。實現了對絞纜機纜繩收放纜繩速度的智能控制，滿足多用途船舶作業中精確移位的要求。

3.3經濟性分析

接近開關是一種位置開關，利用與運動部件的位置關系即可發出動作達到控制的目的。具有操作簡單、工作可靠、使用壽命長、功耗低、復定位精度高、操作頻率高以及適應惡劣的工作環境等特點，既有效地提高了絞纜機的使用率，又降低了絞纜機維修成本。同時該裝置安裝有太陽能電池板，有效地節約了能源，符合經濟性要求。

3.4技術可行性分析

該新型工程船絞纜機被動式收放纜控制結構沿用船用絞纜機模塊化設計理念，HeDavidW.率先研究了模塊化產品的裝配設計問題。在生產時對絞纜機進行模塊化劃分，有利于絞纜機各部分零件之間的對接與結合，使裝配更簡單方便。提高了絞纜機的自動化程度、安全性、可靠性。在纜繩上設有應變式傳感器，應變式傳感器與控制模塊連接，實現對纜繩上拉力的實時監測，并通過控制模塊有效地控制接近開關，進而控制剎車電磁閥，實現纜繩收放的精確移位，符合技術要求。

4結語

從工程船實際所需絞纜機工作條件要求和技術規范要求出發，針對現有絞纜機裝置所存在的缺點和不足設計出絞纜機被動式收放纜控制結構裝置。并從結構、操作、經濟性、技術可行性等方面論證了設計出的絞纜機被動式收放纜控制結構的可行性。該結構主要針對當前絞纜機行程開關所存在的不足進行改進，使用了接近開關，具有更直接的使用效益。本文在智能化控制以及剎車性能方面還需要完善。隨著科技的進步和船舶制造業的發展，船舶配套設備的完善，以及傳感器技術的提高，接近開關的不斷智能化，未來船舶絞纜機會更加趨向智能化控制，改進當前絞纜機的不足，提高安全性和經濟性。

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作者：盧宇鋒；吳文鋒；袁強；王帥軍；朱發新 單位：浙江海洋大學